ġeker Pancarı Küspesi

Bu çalıĢmada, bazik boyar maddelerin sulu ortamdan uzaklaĢtırılmasında tarımsal kaynaklı adsorbent olarak Ģeker pancarı küspesi ve küspenin modifikasyonu ile elde edilen beĢ farklı adsorbent kullanılmıĢtır. ġeker pancarı küspesinin temini, deneylere hazırlanması ve modifikasyonuna ait bilgiler aĢağıdaki kısımlarda özetlenmiĢtir.

8.1.1. ġeker pancarı küspesinin temini ve deneylere hazırlanması

Deneylerde kullanılan Ģeker pancarı küspesi, 2005 yılı kampanya döneminde Elazığ ġeker Fabrikasından temin edildi. ġeker fabrikasındaki küspe presleri çıkıĢından alınarak laboratuvara getirilen Ģeker pancarı küspesi, laboratuvar ortamında polietilen branda üzerine ince bir tabaka halinde yayıldı ve bir fan yardımıyla hava üflenmek suretiyle kurutuldu. KurutulmuĢ Ģeker pancarı küspesi, 50 g’lık partiler halinde bir blender yardımıyla öğütüldü ve bir seri elekten geçirilerek elendi. Ön denemeler sonucunda çalıĢmada -16+30 mesh (0.6<x<1.2 mm) tane boyutundaki fraksiyonun kullanılmasına karar verildi. DeğiĢik partilerden elde edilen -16+30 mesh tane boyutuna sahip örnekler biriktirildi ve karıĢtırılarak iyice homojen hale getirildi. Bu Ģekilde hazırlanan malzeme, üç defa ağırlığının 20 katı oranında destile suyla yıkandı. Daha sonra bir fan yardımıyla hava üflenmek suretiyle kabaca kurutuldu ve son olarak 50 °C’deki etüvde bekletilerek sabit tartıma gelinceye kadar (~ 24 saat) kurutuldu. Bu Ģekilde hazırlanan Ģeker pancarı küspesi çalıĢma boyunca kullanılmak üzere kapalı kaplarda muhafaza edildi. Tezin bundan sonraki kısımlarında kolaylık sağlaması amacı ile bu malzeme, ġPK (Ģeker pancarı küspesi) olarak adlandırılacaktır.

8.1.2. ġeker pancarı küspesinin modifikasyonu

Modifikasyon iĢleminin ilk aĢamasında, Ģeker pancarı küspesi NaOH çözeltisiyle etkileĢtirildi. NaOH ile Ģeker pancarı küspesinin etkileĢmesi esnasında ester hidrolizi (saponifikasyon reaksiyonu) oluĢması sebebi ile bu iĢlem bazı çalıĢmalarda da olduğu gibi

(Dronnet vd., 1998-a; Dronnet vd., 1998-b) saponifikasyon diye adlandırılmıĢtır. NaOH çözeltisiyle iĢlem görmüĢ Ģeker pancarı küspesi, ayrı ayrı formaldehit-sülfürik asit, epiklorohidrin-sodyum hidroksit-etanol, sitrik asit ve fosforik asit çözeltileriyle etkileĢtirilerek ikinci kademe modifikasyon iĢlemine tabi tutuldu. ġeker pancarı küspesinin formaldehit ve epiklorohidrin ile modifikasyon iĢlemi Dronnet vd., (1998-a) ve Dronnet vd., (1998-b); sitrik asit ve fosforik asit ile modifikasyon iĢlemi ise Marshall vd., (1999); Wafwoyo vd., (1999); Wartelle ve Marshall (2000)’nın çalıĢmalarında belirtilen ve çeĢitli tarımsal lignoselülozik artıkların, atıksulardan ağır metal uzaklaĢtırmak amacıyla modifikasyonu için uygulanan iĢlemlerde bazı değiĢiklikler yapılarak gerçekleĢtirildi. Yapılan iĢlemler aĢağıdaki kısımlarda ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.

8.1.2.1. Sodyum hidroksit çözeltisiyle etkileĢtirme (saponifikasyon) iĢlemi

-16+30 mesh tane boyutuna sahip olan Ģeker pancarı küspesi, NaOH (Merck 106469, ~% 100’luk) çözeltisiyle muamele edilmek suretiyle saponifikasyon iĢlemine tabi tutuldu. Bu amaçla 100 g -16+30 mesh fraksiyonundaki Ģeker pancarı küspesi, 5 litrelik polietilen tereftalat (PET) kavanozlarda 0.1 N konsantrasyonunda 2 L NaOH çözeltisiyle mekanik karıĢtırıcı yardımıyla 200 dev/dk hızla 1 saat süreyle karıĢtırıldı. Bu iĢlemden sonra Ģeker pancarı küspesi ile sıvı kısım 50 mesh’lik elekten süzülerek birbirinden ayrıldı. Sıvı kısım atıldı ve katı kısım üzerinden bir miktar destile su geçirildi. Daha sonra elde edilen katı bakiyeye 2 L destile su ilave edilerek 30 dk boyunca 200 dev/dk hızla bir mekanik karıĢtırıcı yardımı ile karıĢtırıldı. KarıĢım, 50 mesh’lik elekten süzülerek sıvı kısım uzaklaĢtırıldı. Bu yıkama iĢlemleri esnasında, yıkama süzüntülerinin pH’ları takip edildi ve yıkama suyunun pH’sında değiĢim olmayıncaya kadar (pH~ 8) yıkama iĢlemine devam edildi. YıkanmıĢ ürün, bir üflecin önüne yayılarak hava üflenmek suretiyle kaba nemi giderildi. Daha sonra 50 ºC’deki etüvde sabit tartıma gelinceye kadar (~ 24 saat) kurutuldu. Saponifiye Ģeker pancarı küspesi örnekleri deneylerde kullanılmak üzere kapalı bir kaba konuldu. Tezin bundan sonraki kısımlarında kolaylık sağlaması amacı ile bu ürün, kısaca SġPK (saponifiye Ģeker pancarı küspesi) olarak adlandırılacaktır.

Bu çalıĢmada, SġPK adsorbent olarak kullanılmasının yanı sıra formaldehit, epiklorohidrin, sitrik asit ve fosforik asit ile muamele edilmek suretiyle farklı adsorbentler elde etmede bir ara ürün olma özelliği de taĢımaktadır.

8.1.2.2. Formaldehit ile modifikasyon

25 g’lık SġPK örnekleri, 1 L hacmindeki Ģilifli bir erlenin içinde bulunan 50 °C’deki 500 mL 0.1 M H2SO4 (Carlo Erba 302626, % 95-98’lik) çözeltisi ile karıĢtırıldı. KarıĢımın üzerine 36 mL deriĢik formaldehit (Fluka, % 37’lik, d: 1.08-1.09 g/mL) ilave edildi ve süspansiyon 50 °C’de geri soğutucu altında 4 saat süreyle karıĢtırıldı. Süre sonunda, süspansiyon oda sıcaklığına soğutuldu ve 50 mesh’lik elekten süzülerek sıvısından ayrıldı. Katı kısım 1.5 L’lik bir behere konuldu ve üzerine 1 L destile su ilave edilerek 200 dev/dk hızla mekanik olarak karıĢtırıldı. 30 dk sonunda sıvı kısım elekten süzülerek uzaklaĢtırıldı. Bu iĢleme, süzüntü pH’sı ~ 4 oluncaya kadar devam edildi. En son yıkamadan elde edilen katı ürün, bir üflecin önüne yayılarak hava üflenmek suretiyle kaba nemi giderildi. Daha sonra 50 ºC’ deki etüvde sabit tartıma gelinceye kadar (~24 saat) kurutuldu. Örneğin son ağırlığı belirlendi ve deneylerde kullanılmak üzere kapalı bir kapta muhafaza edildi. Tezin daha sonraki kısımlarında kolaylık sağlaması amacıyla bu adsorbent, SġPK-F (saponifiye Ģeker pancarı küspesi formaldehit modifiye ürünü) olarak anılacaktır.

8.1.2.3. Epiklorohidrin ile modifikasyon

25 g’lık SġPK örnekleri, 1 L hacmindeki Ģilifli erlenlerin içinde bulunan 4 °C’deki ~% 95’lik 300 mL etanol ve 200 mL 5 M NaOH karıĢımına ilave edildi. 15 dk süreyle bu sıcaklıkta karıĢtırıldıktan sonra bu karıĢımın üzerine 100 mL deriĢik epiklorohidrin (Fluka, % 98’lik, d: 1.18 g/mL) ilave edildi ve bu süspansiyon 45 °C’de geri soğutucu altında 1 saat süreyle karıĢtırıldı. Öngörülen süre sonunda süspansiyon oda sıcaklığına soğutuldu ve süspansiyonun pH’sı pH metre eĢliğinde (Mettler Delta 3000) deriĢik asetik asit (Merck 818755; saf) ilavesiyle ~ 5’e ayarlandı. Daha sonra katı ve sıvı kısım 50 mesh’lik elekten süzülerek birbirinden ayrıldı. Katı kısmın üzerinden bir miktar destile su geçirildi ve bir üflecin önüne yayılarak hava üflenmek suretiyle kaba nemi giderildi. 50 ºC’ deki etüvde sabit tartıma gelinceye kadar (~ 24 saat) kurutuldu. Son ağırlığı belirlendikten sonra kapalı bir kaba konularak deneylerde kullanılmak üzere muhafaza edildi. Tezin daha sonraki kısımlarında kolaylık sağlaması amacıyla bu ürün, SġPK-EKH (saponifiye Ģeker pancarı küspesi epiklorohidrin modifiye ürünü) olarak anılacaktır.

8.1.2.4. Sitrik asit ile modifikasyon

SġPK, sitrik asit çözeltisiyle esterleĢtirme iĢlemine tabi tutuldu. Bu amaçla 25’er g’lık SġPK örnekleri, bir cam tepside ağırlıklarının 7 katı oranında 0.6 M sitrik asit (C6H8O7.H2O; Merck 100242; % 99’luk) çözeltisiyle karıĢtırıldı. Tepsideki bu karıĢım, sitrik asit çözeltisinin SġPK’nin içine iyice nüfuz etmesi için cam bir baget yardımıyla karıĢtırıldı. Katı madde çözeltiyi emdikten sonra, karıĢım 50 °C’deki etüvde 24 saat süreyle bekletildi. Elde edilen materyalin ağırlığı belirlendi. Daha sonra bünyedeki su ile esterleĢmeden oluĢan suyun giderilmesi için 120 °C’deki etüvde 90 dakika süreyle ısıtıldı. Materyalin ağırlığı tekrar belirlendi. Elde edilen bu materyal, yıkama suyunda sitrik asit kalmayıncaya kadar her seferinde ağırlığının 40 katı oranında destile su ile 1 saat süreyle çalkalandı ve bu sürenin sonunda süzüntüler uzaklaĢtırıldı. Yıkama suyunda sitrik asit olup olmadığını belirlemek amacı ile 10 mL yıkama suyuna 10 mL 0.1 M Pb(NO3)2 çözeltisinden ilave edildi ve çökme (kurĢun sitrat çökeleği) olup olmadığı gözlendi. Çökmenin gözlenmediği yıkama kademesinde, artık yıkama suyuna sitrik asitin geçmediğine kanaat getirilip yıkama iĢlemine son verildi. YıkanmıĢ bu ürün ince tabaka halinde serilerek bir fan yardımıyla kaba nemi uzaklaĢtırıldı ve daha sonra 50 o_C’deki etüvde sabit tartıma gelene kadar (~ 24 saat) kurutuldu. Son ağırlığı belirlendikten sonra deneylerde kullanılmak üzere kapalı bir kapta muhafaza edildi. Tezin bundan sonraki kısımlarında bu ürün, SġPK-SA (saponifiye Ģeker pancarı küspesi sitrik asit modifiye ürünü) olarak anılacaktır.

8.1.2.5. Fosforik asit ile modifikasyon

ġPK’nin fosforik asit esterini elde etmek amacıyla 25’er g’lık SġPK örnekleri bir cam tepsiye konularak üzerine ağırlıklarının 7 katı oranında 0.6 M fosforik asit (H3PO4; Carlo Erba 304062; % 85’lik, d: 1.70 g/mL) çözeltisi ilave edildi ve katının çözeltiyi iyice emmesi amacıyla karıĢım cam bir baget yardımıyla bir müddet karıĢtırıldı. Daha sonra 50 °C’deki etüvde 24 saat süreyle ısıtıldı. Bu sürenin sonunda materyalin ağırlığı belirlendi ve bünyedeki su ile esterleĢmede oluĢan suyun giderilmesi için, 180 °C’deki etüvde 90 dakika süreyle ısıtıldı. Materyalin ağırlığı tekrar belirlendi. Elde edilen ürün, yıkama suyunda fosforik asit kalmayıncaya kadar her seferinde ağırlığının 40 katı kadar destile su ile 60 dk süreyle çalkalandı ve süzüntüler uzaklaĢtırıldı. Yıkama suyunda fosforik asit varlığını

belirlemek için, yıkama suyundan 10 mL alındı ve üzerine 0.1 M Pb(NO3)2 çözeltisinden 10 mL ilave edildi. Çökme (kurĢun fosfat çökeleği) olup olmadığına bakıldı ve çökmenin gözlenmediği kademede yıkama iĢlemine son verildi. YıkanmıĢ ürün 50 o_{C’deki etüvde} sabit tartıma gelinceye kadar (~ 24 saat) kurutuldu, ağırlığı belirlendi ve deneylerde kullanılmak üzere kapalı kapta muhafaza edildi. Tezin bundan sonraki kısımlarında genellikle bu ürün SġPK-FA (saponifiye Ģeker pancarı küspesi-fosforik asit modifiye ürünü) olarak anılacaktır.

Yukarıdaki kısımlarda detaylı olarak açıklanan modifikasyon iĢlemlerine ait akım Ģeması ġekil 8.1’de verilmiĢtir.