Kil mineralleri üzerinde ağır metal adsorpsiyonunun modellenmesi
Modeling of heavy metal adsorption onto clay minerals
- Tez No: 97986
- Danışmanlar: PROF.DR. REŞAT APAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2000
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
ÖZET KİL MİNERALLERİ ÜZERİNDE AĞIR METAL ADSORPSİYONUNUN MODELLENMESİ Kil mineralleri, yapılan gereği adsorpsiyon reaksiyonlarına oldukça yatkındırlar. Killer üzerindeki metal ve ligand adsorpsiyonu, yüzey kompleksleşmesi, elektrostatik etkileşim ve hidrofobik etkileşimlerden kaynaklanır. Adsorpsiyon şurasında bütün bu reaksiyonlara iyon değişim reaksiyonları da eşlik etmektedir. Bu çalışmada, kil mineralleri üzerinde ağır metal adsorpsiyonunun gerek tek basma gerekse doğal bir kompleksleyici ligand olan hümik asit varlığında ne şekilde gerçekleştiği açıklanmaya çalışılmış ve özellikle metal-yüzey ikili kompleks oluşumuna dayalı adsorpsiyon modellenmiştir. Bu amaçla denemelerde, Çanakkale Seramik fabrikasının Ömerli'deki tesislerinden alman, bileşim yüzdeleri birbirinden farklı üç adet kaolenit tipi kil minerali kullanılmıştır. Bu minerallerin yüzey özellikleri belirlenmeye çalışılmış, titrasyon eğrilerinden yaklaşık yüzey asitlik sabitleri hesaplanmış ve yüzeylerin tamponlama etkileri incelenmiştir. Pb(II), Cu(II) ve Cd(II) divalent metal katyonlarının sabit sıcaklıkta ve dışarıdan pH'a müdahale edilmeksizin kil mineralleri üzerindeki adsorpsiyonuna ait izotermler oluşturulmuş ve metal adsorpsiyonunun esas olarak Langmuir izotermine uyduğu görülmüştür. Cu(II), Cd(II) ve Pb(II) ağır metal katyonlarının adsorpsiyonu, tek- ve çift-mevkili modifiye Langmuir yaklaşımıyla ilk kez modellenmiş, özellikle toprak hümik materyalinin karboksilik asit ve fenol gruplarıyla bütünleşik davrandığı varsayılan kil silanol ve alüminol grupları üzerinde çift mevkili Langmuir izoterm modellemesiyle kuramsal ve deneysel veriler arasında %20'den az farklarla iyi bir uyum sağlanmıştır. Daha sonra sabit sıcaklıkta, sabit metal ve inert elektrolit konsantrasyonunda pH değiştirilerek metal iyonlarının kil mineralleri üzerindeki adsorpsiyonu, FITEQL3.2 bilgisayar programı kullanılarak modellenmeye çalışılmış ve sözkonusu metallerin yüzeye bağlanma sabitleri hesaplanmıştır. Sulu çözeltiye katılan sentetik hümik asit varlığında kil yüzeyinde ağır metal adsorpsiyonu, metal-hümik materyal etkileşmesinin modelleme güçlüğü sebebiyle esas olarak betimsel biçimde ortaya konmuştur. Hümik asit varlığında Cu(TI) adsorpsiyonunun pH>3,5'da, Cd(II) adsorpsiyonunun ise bütün pH'larda tek başına metal adsorpsiyonundan daha kuvvetli XIolduğu gösterilmiştir. Benzer biçimde hümik asit adsorpsiyonu, metaller varlığında özellikle yüksek pH'larda, metal yokluğuna nazaran artış kaydetmiştir. Metal hümatlar, tek başına metallerin aksine ApH= 0,5-1,0 olacak şekilde keskin bir pH eşiği gösterecek biçimde S-tipi adsorpsiyon/pH eğrileriyle adsorplanmışlardır. Bunun yamsıra adsorplanan metal iyonu başına kil yüzeyinden salman H* sayısı (Kurbatov katsayıları) metal hümatlar için metallerle kaydedilenden daha yüksek bulunmuştur. Metal hümatlar pH ile artan adsorpsiyon anlamında“metal-benzeri adsorpsiyon”davranışı sergilemişlerdir. Bütün bu gözlemler, metal humarların, nispeten kararlı yüzey-metal-hümat üçlü kompleksleri halinde yüzey oksihidroksitlerden proton kopararak adsorplandıklarını düşündürmektedir. Heterojen kil yüzeylerinde metal iyonları adsorpsiyonunun nicel kesinlikle, metal-hümik asit komplekslerinin ise etkinlikle betimsel olarak modellenmesi, özellikle hümik asitler varlığında ağır metallerin yüzey ve yeraltı suyu hareketleriyle toprak tabakalarında tutulma- serbest kalma yoluyla taşınımma ilişkin geliştirilecek çevresel ve jeokimyasal modellere katkı sağlayacak özgünlüktedir. XII
Özet (Çeviri)
SUMMARY MODELING of HEAVY METAL ADSORPTION ONTO CLAY MINERALS Clay minerals have a tendency for adsorption reactions because of their structure. Metal and ligand adsorption onto clays arise from surface complexation, electrostatic interactions, and hydrophobic interactions. Further, ion exchange reactions accompany the adsorption reactions. The aim of this study is to explain how the clay minerals adsorb the heavy metals individually or in the presence of humic acids which are natural complexing ligands and to model heavy metal adsorption specifically based on metal-clay surface binary complexation. Thus, three types of kaolinite which have identical constituents with different percentages were used in the experiments. The clays were received from Çanakkale Ceramic factory in Ömerli. The surface properties of these clay minerals were determined, surface acidity constants were calculated using titration curves, and buffering effect of surfaces were investigated. The adsorption isotherms for Pb(II), Cu(H), and Cd(Tf) divalent metal cation adsorption onto clay minerals were produced for a fixed temperature without drostic pH changes by external effects, and it was found that the adsorption isotherms of metal adsorption essentially showed Langmuiran character. Modeling of heavy metal, i.e., Cu(II), Cd(II) and Pb(II), adsorption onto kaolinite has been accomplished using a modified Langmuir approach based on single- and double-site binding. Especially double-site Langmuir adsorption modeling on the silanol and aluminol sites of kaolinite that are assumed to behave in integrated manner with the carboxylic and phenolic sites of soil humic matter has produced perfectly agreeable results between the theoretically expected and experimentally found metal concentrations in the adsorbed phase within 20% variation. After adjusting the pH of metal adsorption onto clay minerals for a fixed initial metal and inert electrolyte concentration at room temperature, the adsorption was also modelled using FITEQL3.2 computer program, and finally the adsorption equilibrium constants for the metal ions were calculated. Heavy metal adsorption onto the clay mineral from aqueous solutions containing synthetic humic acid samples has been essentially modeled descriptively in the absence of effective quantitative models regarding metal-humic material interaction. Copper(II) adsorption was stronger at pH>3,5, and Cd(II) at all pH in the presence of humic acid than individual metal adsorption (without humic acid). Likewise, humic acid adsorption increased especially at high XIIIpH in the presence of metals compared to their absence. Unlike individual metal adsorption, metal humates showed a distinct S-type adsorption curve of adsorption vs. pH with a steep rise at the edge pH (i.e., ApH= 0,5-1,0). Similar to this observation, the Kurbatov coeeficients, i.e., the number of protons released from the surface per bound metal ion, were higher for metal humates than for metals alone. The character of metal humate adsorption was“metal-like”meaning that adsorption increased with pH. All these findings lead to the idea that metal humates were essentially adsorbed as relatively stable metal-humic acid-surface ternary complexes by releasing protons from the surface oxyhydroxide groups. It is believed mat heavy metal adsorption onto kaolinite has been modeled with quantitative precision, and that the binding of metal-humic acid complexes to the clay mineral surface has been effectively described. These qualitative and quantitative descriptions of metal- humic acid-kaolinite surface interactions may constitute an original contribution to potential environmental and geochemical models regarding the transport of heavy metals, especially in the presence of humic acids through soil layers with groundwater movement. XIV
Benzer Tezler
- Kil minerallerinde uranil iyonu adsorpsiyonunun incelenmesi ve modellenmesi
Investigation and modeling of uranyl ion adsorption on clay minerals
DENİZ ARDA
- Kil mineralleri üzerine ağır metal adsorpsiyonu
Adsorption of heavy metal onto clay minerals
EDA GÖKIRMAK
- Synthesis, characterization and adsorption kinetic studies of nanocomposite decolorant resins
Renk giderici nanokompozit reçinelerin sentezi, karakterizasyonu ve adsorpsiyon kinetiği çalışmaları
SEHER UZUNSAKAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. NURSELİ UYANIK
- Sulardan kurşunun kil mineralleri kullanılarak adsorbsiyonu
Başlık çevirisi yok
SELÇUK COŞKUN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LÜTFİ AKÇA
- Toksik ağır metal iyonlarının sepiyolit üzerine adsorpsiyon mekanizması
The Adsorpsion mechanism of toxic heavy metal ions onto sepiolite
MUSTAFA KARA
Doktora
Türkçe
1999
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. MEHMET SABRİ ÇELİK