SÜLFİRİK ASİTLE DEHİDRATE EDİLEN BUĞDAY KEPEĞİ İLE SULU ÇÖZELTİLERDEN CD (II) VE PB (II) İYONLARININ GİDERİLMESİ

Abstract

Yüksek Lisans Tezi SÜLFÜRİK ASİTLE DEHİDRATE EDİLEN BUĞDAY KEPEĞİ İLE SULU ÇÖZELTİLERDEN Cd(H) VE Pb(H) İYONLARININ GİDERİLMESİ Hacı Bayram PÎRÎNÇÇİ Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı 2004, Sayfa: 80 Çevre kirlenmesine neden olan kirleticilerin başında ağır metaller gelmektedir. Ağır metallerin çoğu toksiktir ve sulu ortamlarda biyolojik olarak parçalanmayıp gıda zinciri ile canlıların bünyesinde birikerek canlı organizmalara zarar verirler. Kadmiyum ve kurşun civadan sonra gelen en toksik metallerdir. Kadmiyum ve kurşun başlıca alaşım üretimi, seramik, pigment üretimi ve boya endüstrisi gibi proseslerin atık sularında bulunur. Kadmiyum ve kurşun hidroksit ve karbonat şeklinde çöktürülerek atık sulardan uzaklaştırılabildiği gibi, iyon değiştirme ve solvent ekstraksiyonu gibi yöntemler de bu iki metalin giderilmesinde kullanılabilmektedir. Ancak son zamanlarda, ağır metallerin atık sulardan uzaklaştırılmasmda adsorpsiyon teknikleri de yaygın olarak kullanılmaktadır. Adsorpsiyon proseslerinde kullanılan adsorbentler bazı tarımsal artıklardan üretilen aktif kömürler, selüloz içerikli maddeler ve bunların karbonizasyon ürünleri, bitümlü kömürler ve ticari aktif karbonlar olmak üzere çok çeşitli maddeler olabilmektedir. Bu çalışmada sülfürik asitle dehidrate edilen buğday kepeği (SDBK) kullanılarak sulu çözeltilerden Cd(II) ve Pb(II) iyonlanmn adsorpsiyonu incelenmiştir. Cd(II) ve Pb(II) iyonlarının adsorpsiyon verimi üzerine temas süresi, çözeltinin pH'sı ve sıcaklığı, metal iyonlarının başlangıç konsantrasyonu ve adsorbent dozu gibi parametrelerin etkisi incelenmiştir. Diğer taraftan her iki metal iyonunun desorpsiyon imkanları da araştırılmıştır.II Cd(II) ve Pb(II) iyonlarının adsorpsiyonu için dengeleme süresi sırasıyla 240 ve 120 dak. olarak tespit edilmiştir. Cd(II) ve Pb(II) iyonlarının adsorpsiyon verimi pH ile önemli ölçüde değişmekle birlikte, Cd(II) ve Pb(II) iyonlarının adsorpsiyonu için optimum pH sırasıyla 5.4±0.2 ve 6.0±0.2 olarak belirlenmiştir. 100 mg/l'lik Cd(II) çözeltisinin 50 ml'si 0.1 g SDBK ile 25 °C ve optimum sürede temas ettirilerek mevcut kadmiyumun % 86.2'si giderilmiştir. Optimum şartlarda kurşunun % 82.8'i giderilmiştir. Diğer taraftan farklı sıcaklıklarda (25, 40, 50, 60 ve 70 °C) gerçekleştirilen deney sonuçlan Langmuir ve Freundlich izotermlerine uygulanmıştır. İzoterm denklemlerinden hesaplanan sabitler, Cd(II) iyonlarının adsorpsiyon veriminin çözelti sıcaklığı ile azaldığım, Pb(II) iyonlarının adsorpsiyon veriminin sıcaklıkla arttığım göstermektedir. Cd(II) iyonları için SDBK örneklerinin maksimum adsorpsiyon kapasitesinin (q^ax) 25, 40, 50, 60 ve 70 °C'deki değerleri sırasıyla 101.0, 82.0, 78.1, 67.1 ve 62.5 mg/g olarak tespit edilmiştir. Pb(ü) iyonlarının adsorpsiyonu için yukarıdaki sıcaklıklarda tayin edilen qmax değerleri sırasıyla 55.6, 64.9, 71.4, 79.4 ve 84.0 mg/g'dır. Cd(II) iyonlarının adsorpsiyonda Freundlich sabiti Kf'in değerleri de sıcaklıkla azalmaktadır. Buna karşılık Pb(II) iyonlarının adsorpsiyonu için ise Kf'in değerleri sıcaklıkla artmaktadır. Çalışmanın gerekleştirildiği sıcaklık aralığında prosesin entalpi değişimi (AH°) Cd(II) ve Pb(II) iyonlarının adsorpsiyonu için sırasıyla -10.03 ve 5.50 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Cd(II) ve Pb(II) iyonlarının adsorpsiyonuna ilişkin olarak hesaplanan serbest entalpi değişimi (AG°) değerleri negatif işaretlidir. Cd(II) ve Pb(II) iyonlarının adsorpsiyonu için hesaplanan AG°'nin mutlak değerleri sıcaklıkla artmaktadır. Cd(II) ve Pb(II) iyonlarının elde edilen SDBK örnekleri ile adsorpsiyonunda elde edilen sonuçlar birinci dereceden kinetik modellere uygulanarak prosesin hız sabitleri hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçların I dereceden kinetik modelle uyduğu gösterilmiştir. Cd(II) ve Pb(II) iyonlarının önemli bir kesrinin kuvvetli asidik şartlarda desorplandığı gözlenmiştir. Cd(II) ve Pb(II) iyonlan için maksimum desorpsiyon verimi sırasıyla % 84.0 ve % 86.0 olarak belirlenmiştir. Anahtar kelimeler: Cd(ü) ve Pb(II) iyonlan, Adsorpsiyon, Buğday kepeği, Sülfürik asit.Ill SUMMARY Master Thesis THE REMOVAL OF Cd(H) AND Pb(H) IONS BY WHET BRAN DEHYDRATED WITH SULPHURIC ACID Hacı Bayram PÎRİNÇÇİ University of Fırat Graduate School of Natural Applied Sciences Department of Chemical Engineering 2004, Page 80 Heavy metals are a most important pollutant groups which cause environmental pollution. The most of heavy metals are toxic and give the greatest danger to the organisms since they do not degrade into harmless end-products, accumulating by the food chain in the living cells. Cadmium and lead are most toxic metals behind mercury. Cadmium and lead primarily present in wastewaters from the processes such as metallurgical alloying, ceramics, pigments and textile printing industries. The removal methods of cadmium and lead from wastewaters include their precipitation as hydroxide and carbonate, ion exchange and solvent extraction. In recent years, adsorption techniques have been widely investigated for the removal of heavy metals from wastewaters. Adsorbents used in the adsorption processes are various materials including activated carbons prepared some agricultural by products, some cellulosic wastes and their carbonisation products, bituminous coal ad commercial activated carbons. In this study, the use of wheat bran dehydrated with sulphuric acid (SDBK) in the adsorption of Cd(II) ve Pb(II) ions from aqueous solutions have been investigated. The effect of adsorption parameters such as contact time, pH and temperature of solution, initial concentration of metal ions and adsorbent dosage on the adsorption yield of Cd(II) and Pb(II)ions have been studied. In addition desorption possibilities of Cd(II) and Pb(II) ions were investigated.IV Equilibration time for Cd(II) and Pb(II) ions were determined as 240 and 120 min., respectively. Although the adsorption yields of Cd(II) and Pb(II) ions are, to a large extent, dependent on pH of solution, the optimum pH for Cd(II) and Pb(II) ions were determined as 5.4±0.2 and 6.0±0.2. When 50 ml Cd(II) solutions of 100 mg/1 was contacted with 0.1 g SDBK samples at 25 °C and optimum contact time, 86.2 % of Cd(II) present in the solution was removed. The adsorption yield of Pb(II) ions was 82.8 % at the optimum conditions. On the other hand, the results of the experiments carried out at various temperatures (25, 40, 50, 60 and 70 °C) were applied to the Langmuir and Freundlich isotherms equations. The constants calculated from isotherm equations showed that the yield of Cd(II) ions adsorption decreased and the yield of Pb(II) ions adsorption increased with a rise in the temperature of the solutions. Maximum adsorption capacities (qmax) of SDBK at 25, 40, 50, 60 and 70 °C for the Cd(II) ions adsorption were calculated as 101.0, 82.0, 78.1, 67.1 and 62.5 mg/g, respectively. The values of maximum adsorption capacities of Pb(II) ions on SDBK samples at temperatures mentioned above were 55.6, 64.9, 71.4, 79.4 and 84.0 mg/g. The values of Freundlich constant (Kf) for Cd(II) adsorption process decreased with increasing the temperature of the solutions. In contras with, the values of Kf for Pb(II) ions adsorption increased with increasing the temperature. Enthalpy changes (AH°) for Cd(II) and Pb(II) adsorption processes were calculated as -10.03 and 5.50 kJ/mol, respectively, at temperature range studied. The free enthalpy changes related to the Cd(II) and Pb(II) ions adsorption by SDBK sample have negative sign. As the values of AG° calculated for Cd(II) iyon adsorption increased with increasing the temperature of the solutions, the values of AG° for Pb(II) ions adsorption had a decreasing trend with. The results related to the adsorption process of Cd(II) and Pb(II) by pulp carbons SDBK samples obtained were fitted to the first order rate expressions to calculate adsorption rate constants. It was showed that these results were obeyed to the first order rate expression. It was observed that an important fraction of Cd(II) and Pb(II) ions were desorbed at strong acidic conditions. Maximum desorption yields for Cd(II) and Pb(II) ions were found to be 84.0 % and 86.0%, respectively. Key words: Cd(II) and Pb(II) ions, Adsorption, Wheat bran, Sulphuric acid.