Boyar madde ile mıodifiye edilmiş selülozik adsorplayıcılarla sulu çözeltiden metal uzaklaştırılması

Günümüzde çevre hızla kirlenmekte ve ekolojik denge bozulmaktadır. Bazıları buna son zamanlarda hızla artan nüfusun neden olduğunu ileri sürmektedir. Ancak yapılan çalışmalar çevre sorunlarının insanların sayıca artmasından çok, tüketim ihtiyaçlarının artmasından ileri geldiğini göstermektedir. Zamanımızda çevre sorunlarının yaklaşık % 90 nı aşırı tüketimden ileri gelmektedir. Endüstri her yıl yaklaşık 2000 çeşit yeni maddeyi insanlığın hizmetine sunmakta ve bunları kullanmak için toplumu teşvik etmektedir. İnsanlığın hizmetine sunulan her yeni madde çevrenin bir miktar daha kirlenmesi anlamına gelmektedir (1). Endüstriyel atık su yoluyla çevreye verilen zehirli ağır metallerle suyun kirletilmesi, tüm Dünyada önde gelen çevresel bir problemdir. Bu metallerin sudaki varlıkları insan, hayvan ve bitki sağlığına zarar vermektedir. Bu bağlamda, bakır yaygın olarak kullanılan bir materyal olması sebebiyle, çevre için potansiyel bir tehdit oluşturmaktadır. Metal iyonlarının sulu çözeltiden uzaklaştırılması iyon değiştirme, filtrasyon, kimyasal çöktürme ve adsorpsiyon gibi yöntemler yardımıyla yapılabilir. Toksik metallerin uzaklaştırılmasında, diğer yöntemlere göre uygulama üstünlüğü ve kullanılan materyale bağlı alarak daha ucuz olabilen adsorpsiyon bu amaçla yaygınca kullanılan etkili yöntemlerden biridir. Son yıllarda bu yöntemin kullanıldığı çalışmalarda, aktif karbon gibi pahalı adsorplayıcılar yerine, doğal ve daha ucuz adsorplayıcılara yönelim artmıştır. Özellikle doğada bol miktarda bulunan organik, inorganik maddelerin veya insani aktiviteler (sanayi, tarım, evsel gibi) sonucu ortaya çıkan atıkların ya da ürün fazlalıklarının atık arıtımında kullanılmaları hem ekonomiye hem de çevre korumasına katkı yapmaktadır. Bu çalışmada, fındık ve buğday kabuklarının ham ve reactive orange 122 boyarmaddesiyle modifiye edilmiş halleri ile sulu çözeltiden Cu(II) iyonlarının uzaklaştırılması amaçlandı. Bu amaçlardan ilki, optimum uzaklaştırmanın temas süresine, sıcaklığa, pH’a, adsorplayıcının türüne bağlılığını incelenmesi dışında adsorpsiyon kinetiğinin incelenmesi, adsorpsiyon izotermlerinin çizilmesi ve adsorpsiyonun doğasını yorumlamada kullanılmak üzere termodinamik parametrelerin hesaplanmasıydı. İkincisi ise, adsorplayıcıların ham ve modifiye edilmiş halleri arasındaki etkinlik farkını görebilmek ve aynı adsorplayıcı ile hem boyarmadde hem de metal uzaklaştırmayı başarabilmekti.

Bu çalışmada, çok ucuz doğal adsorplayıcıların kullanımı, sulu çözeltiden metal uzaklaştırmada mevcut pahalı yöntemlere alternatif olarak incelendi. Bu amaç için, ham fındık (HF), modifiye fındık (MF), ham buğday (HB) ve modifiye buğday (MB) kabukları gibi farklı doğal adsorplayıcılar kullanıldı. Sulu çözeltiden bu adsorplayıcılarla Cu (II) iyonlarının uzaklaştırılması temas süresi, sıcaklık ve pH gibi parametrelerle incelendi. Adsorpsiyon süreci 60 dakikada dengeye vardı. Cu(II)’nın uzaklaştırma derecesi temas süresi, sıcaklık ve pH nın artmasıyla arttı ve yine adsorplayıcıların reactive orange 122 modifikasyonuyla da arttı. Cu(II) adsorpsiyonu için optimum pH değeri 4-5 arasında belirlendi. Denel verilerin Langmuir ve Freundlich modellerinde analiz edilmesi sonucu Langmuir modeli Freundlich modelinden daha iyi uyum sağladığı görüldü. HF, MF, HB ve MB üzerinde Cu(II)’nın maxsimum adsorpsiyon kapasitesi 298, 308 ve 318 K sıcaklıkta sırasıyla 3.95, 4.65 ve 4.74; 7.00, 8.12 ve 7.61; 9.51, 9.63 ve 11.78; 15.22, 15.29 ve 17.42 mg g-1 olarak bulunmuştur. İlaveten, adsorplayıcılarla Cu(II)’nın farklı sıcaklıklarda elde edilen adsorpsiyon verileri pseudo first-order, pseudo second-order ve Weber-Morris denklemlerinde kullanarak sırasıyla pseudo first-order adsorpsiyon hız sabitleri (k1), pseudo second-order adsorpsiyon hız sabitleri (k2) ve intraparticle difuzyon hız sabitleri (k3) hesaplandı. Adsorpsiyon hızının iyi bir korelasyonla (R2 ? 0.991) pseudo second-order modeline uyduğu bulundu. Farklı sıcaklıklarda adsorpsiyon izotermlerinde elde edilen veriler adsorpsiyonun serbest entalpisi (?G o ), entalpisi (?H o ) ve entropisi (?S o ) gibi termodinamik büyüklükleri hesaplamada kullanıldı. Beklendiği gibi ?G o değerlerin negatif olması adsorpsiyon doğasının kendiliğinde olduğunu gösterir. ?H o ın pozitifliği adsorplayıcılar üzerinde Cu(II) nın adsorpsiyonun endotermik süreç olduğuna işarettir. ?S o nın pozitif değerleri ise Cu(II) için adsorplayıcının affinitesini yansıtır. Sonuç olarak, ucuz ve kolaylıkla temin edilebilinen fındık ve buğday kabuklarının ham ve modifiye halleri sulu çözeltiden Cu(II) nın uzaklaştırılmasında kullanılan daha pahalı adsorplayıcılara bir alternatif olabilir.