Adsorpsiyon Çeşitleri

Adsorpsiyon; adsorplayan madde yüzeyi ile adsorplanan arasındaki çekim kuvvetlerine bağlı olarak fiziksel ve kimyasal adsorpsiyon olarak gerçekleşebilmektedir.

5.2.1 Fiziksel adsorpsiyon

Fiziksel adsorpsiyon sırasında atom, molekül ya da iyon şeklinde olabilen adsorplanan tanecikler ile katı yüzeyi arasında uzun mesafeli fakat zayıf olan Van der Waals çekim kuvvetleri etkindir. Kimyasal adsorpsiyon yalnızca bir tabakalı yani monomoleküler olabildiği halde, fiziksel adsorpsiyon bir tabakalı ya da çok tabakalı yani multimoleküler olabilir. Diğer taraftan çoğu fiziksel adsorpsiyonlar tersinir olarak yürütülebildiği halde kimyasal adsorpsiyonlar tersinmezdir (Sarıkaya, 2005).

Katı ile gaz molekülleri arasındaki çekim kuvveti gaz molekülerinin kendi aralarındaki çekim kuvvetinden büyükse, gaz katı yüzeyindeki gözeneklerde yoğunlaşır.

Katı maddeler çözelti içinde çözünmüş halde bulunan maddeleri de adsorbe edebilir.

Genellikler adsorplanan madde katının kristal yapısına nüfuz etmez, yüzeyinde tutulur.

Düzgün bir yüzey üzerinde adsorplanan tabaka birkaç molekül kalınlığından daha fazla değildir. Ancak gözenekli bir katının kapilerinde bu yüzey adsorpsiyonuna ek olarak kapiler yoğunlaşma olayı da gerçekleştiği için adsorplanan toplam miktar, düz yüzeylere kıyasla önemli miktarda artar.

Süreç, yoğunlaşma olayı gibi egzotermik ve tersinirdir, (2-20 kj/mol).

Adsorplanan gazın ya da adsorplayan katının tekrar kazanılmasında ekonomik sistemlerde tersinirlikten yararlanılabilir. Sıcaklık arttırılarak ya da basınç düşürülerek tekrar ayırma (desorpsiyon) sağlanır. Tersinir karakterinden dolayı kullanılmış adsorbanlar rejenere edilerek yeniden kullanılabilir (Fırat, 2007).

5.2.2. Kimyasal adsorpsiyon

Kimyasal adsorpsiyon sırasında tanecikler ile yüzey arasında bir kimyasal bağ ve genellikle de kovalent bağ oluşmaktadır (Sarıkaya, 2005).

Kimyasal adsorpsiyon, tersinmez ve tek tabakalı olup genellikle yüksek sıcaklık aralığında gerçekleşir, ayrıca tekrar kullanılabilirliği de oldukça zordur. Adsorpsiyon sırasında açığa çıkan ısı, tepkime ısısından daha büyüktür ve aktivasyon enerjisi de

yüksektir.

Adsorbsiyon enerjisi adsorbe edilenin molü başına 20.000 – 100.000 kalori arasındadır. Bu değer de olayın ekzotermik ve endotermik olmasına bağlı olarak- kimyasal tepkimelerdeki tepkime ısısı ile yaklaşık aynı değerdedir (Fırat, 2007).

Tüm fiziksel adsorpsiyonlar ve çoğu kimyasal adsorpsiyonlar ekzotermik olduğu halde hidrojen gazının cam üzerinde tutunması gibi bazı kimyasal adsorpsiyonlar endotermik olabilmektedir. Bu duruma, hidrojenin cam üzerinde atomlar halinde tutunması ve H2(g) —> 2H(cam) ayrışması için tepkime entropisinin büyük ölçüde artı işaretli olmasına yol açmaktadır (Sarıkaya, 2005).

5.2.3. İyonik adsorpsiyon

İyonik adsorpsiyon, elektrostatik çekim kuvvetlerinin etkisiyle, yüzeydeki yüklü bölgelere iyonik özelliklere sahip adsorplanabilen maddelerin tutunması olarak tanımlanabilir. Burada adsorplayan ile adsorplananın iyonik güçleri ve moleküler büyüklükleri önemlidir. Fiziksel, kimyasal ve iyonik adsorpsiyon arasında kesin bir ayrım yapılamaz, üçü aynı anda ya da ardı ardına görülebilir (Fırat, 2007).

5.3. Adsorpsiyonu Etkileyen Faktörler 5.3.1. pH

pH ortamdaki hidronyum ve hidroksil iyonlarının fonksiyonudur. Adsorbanın yüzey yüklerine bağlı olarak hidronyum ve hidroksil iyonları adsorplanarak, çözeltideki diğer iyonların adsorpsiyonunu engellerler (Ekici, 2007).

Hidronyum ve hidroksil iyonları kuvvetle adsorbe olduklarından, diğer iyonların adsorpsiyonunda çözelti pH’ı etkilidir. Ayrıca asidik ve bazik bileşiklerin iyonizasyon derecesi de adsorpsiyonu etkiler. Ortamın pH değeri adsorplananın

oksidasyon halini belirlediği ve yüzey ile ilişkisini etkilediği için belirli bir nokta ya da aralık değerinde etkin sonuç elde edilebilir (Fırat, 2007).

Asidik pH’larda adsorban yüzeyinin pozitif yüklenme ihtimali arttığından, yüzey negatif yüklü iyonların adsorpsiyonu için daha uygun hale gelmektedir. Yüksek pH’larda ise pozitif yüklü iyonların adsorpsiyonunun artması beklenir (Ekici, 2007).

5.3.2. Sıcaklık

Adsorpsiyon işlemi genellikle ısı veren bir tepkime biçiminde gerçekleşir. Bu nedenle azalan sıcaklık ile adsorpsiyon büyüklüğü artar. Açığa çıkan ısının genellikle fiziksel adsorpsiyonda yoğuşma ya da kristalizasyon ısıları mertebesinde, kimyasal adsorpsiyonda ise kimyasal tepkime ısısı mertebesinde olduğu bilinmektedir (Fırat, 2007).

5.3.3. Adsorban miktarı ve yüzey alanı

Adsorpsiyon olayında adsorban tarafından tutulan madde miktarının, adsorbanin kütlesiyle doğru orantılı olduğu gözlenmiştir. Kütle ise yüzey alanı ile doğru orantılı olduğuna göre madde miktarı aynı zamanda yüzey alanıyla da doğru orantılıdır.

Adsorpsiyon bir yüzey işlemi olduğundan, adsorpsiyon büyüklüğü spesifik yüzey alanı ile orantılıdır (Fırat, 2007).

Adsorplayıcının partikül boyutunun küçük, yüzey alanının büyük ve gözenekli yapıda olması adsorpsiyonu arttırır. Bu nedenle yüzey alanını arttırmak için genellikle asit veya bazlarla yüzey aktifleştirme işlemi uygulanır (Ayar, 2009).

5.3.4. Çözünen maddenin cinsi ve özellikleri

Adsorblanacak maddenin çözünürlüğü de adsorbsiyon kapasitesini etkiler.

Adsorblanacak maddenin çözünürlüğünün büyük olması adsorplanan-çözücü bağının kuvvetli olması anlamına gelir (Ayar, 2009).

Çözünürlük-adsorplama iliskilerinde, adsorplama olayı meydana gelmeden önce çözünen madde ile çözücü arasındaki bağların kırılması gerekmektedir (Keleş, 2008).

Çözünen maddenin çözünürlüğü, adsorpsiyon dengesi için kontrol edici bir faktördür. Genel olarak, çözünen maddenin adsorpsiyon hızı ile sıvı fazdaki çözünürlüğü arasında ters bir ilişki vardır. Bu “Lundelius” kuralıdır. Çözünürlük arttıkça çözücü-çözünen bağı kuvvetlenir, adsorpsiyon derecesi azalır. Çoğu zaman, herhangi bir organik bileşiğin zincir uzunluğu arttıkça suda çözünürlüğü azalır. Çünkü, karbon sayısı arttıkça, bileşik hidrokarbona daha fazla benzer. Bu, çözünen cinsi ve adsorpsiyon arasındaki bağıntıyı belirten ikinci temel ifadedir (Traube Kuralı).

Hidrokarbon yapı ağır bastıkça da çözünenin hidrofob özelliği artar. Hidrofob maddeler tercihli olarak adsorplanır.

İyonlaşma arttıkça, adsorpsiyon azalır. Yüklü türler için adsorpsiyon en az, nötral olanlar için en fazladır (Fırat, 2007).

5.3.5. Karıştırma hızı

Adsorpsiyon hızı sistemin karıştırma hızına bağlı olarak ya film difüzyonu ya da gözenek difüzyonu ile kontrol edilir. Düşük karıştırma hızlarında tanecik etrafındaki sıvı film kalınlığı fazla olacak ve film difüzyonu hızı adsorpsiyonu sınırlayan etmen olacaktır. Eğer sistemde yeterli karışım sağlanır ise, film difüzyon hızı, hızı sınırlandıran etmen olan gözenek difüzyon noktasına doğru artar. Genelde gözenek difüzyonu yüksek hızda karıştırılan kesikli sistemlerde adsorpsiyon hızı sınırlayıcı etmen olabilmektedir (Ekici, 2007).