Adsorpsiyonu Etkileyen Parametreler

Oldukça karmaĢık olan adsorpsiyon sürecine pH, sıcaklık, adsorbat deriĢimi gibi birçok parametre etki etmektedir. Laboratuar ölçeğinde yapılan araĢtırmalarda ve endüstriyel uygulamalarda, uzaklaĢtırılmak istenilen adsorbatın özelliklerine göre yapılan adsorban seçimi ve optimum çalıĢma koĢullarının belirlenmesi, adsorpsiyon kapasitesinin yüksek olması için önem taĢımaktadır.[3, 34]

Adsorpsiyon sürecini etkileyen parametreler genel olarak; adsorpsiyon ortamının, adsorbatın ve adsorbanın özellikleri olmak üzere üç baĢlık altında toplanmaktadır.

3.3.1 Adsorpsiyon Ortamının Özellikleri

Adsorpsiyon ortamının sıcaklığı, pH değeri ve ortamda bulunan adsorbatların çeĢitliliği adsorpsiyonda oldukça önemlidir. Adsorpsiyona sıcaklığın etkisi, sürecin endotermik ya da ekzotermik olmasına göre değiĢmektedir. Adsorpsiyon süreçleri genellikle ekzotermik olduğundan, azalan sıcaklık ile adsorpsiyon kapasitesi artmaktadır. [3]

Adsorpsiyon sürecinde çözeltinin pH değeri önemli bir etkiye sahiptir. Hidronyum (H+) ve hidroksil (OH-) iyonlarının kuvvetle adsorbe olmaları nedeniyle, diğer iyonların adsorpsiyonu çözelti pH değerinden önemli ölçüde etkilenmektedir. Belirli

22

pH aralığında çözeltide iyon halinde olan adsorbat molekülleri bu aralığın dıĢına çıkıldığında çökebilmektedir. Ayrıca, adsorbanın yüzeyinde yer alan fonksiyonel gruplar ortamın pH değerinden etkilendiklerinden, fonksiyonel grupların adsorbata olan ilgileri de artıĢ ya da azalıĢ gösterebilmektedir. [3, 32]

Adsorpsiyon ortamında bulunan diğer adsorbat molekülleri, adsorpsiyon sürecinde yarıĢan iyon etkisi yaratmaktadırlar. Çok bileĢenli çözeltiler içerisinde bulunan bir adsorbat, saf olarak bulunduğu duruma göre daha az adsorbe olmaktadır. Bu durum, ortamda bulunan diğer iyonlarında adsorban yüzeyine doğru yönelmelerinden dolayı, ortamdan uzaklaĢtırılmak istenilen adsorbat moleküllerinin, yüzeyde tutunacak daha az sayıda boĢ aktif merkez bulmalarından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle endüstride uygulanan adsorpsiyon proseslerinde ortam bileĢiminin önceden bilinmesi ve ona uygun adsorbanın tespit edilmesi önem taĢımaktadır. [3, 32]

3.3.2 Adsorbat Özellikleri

Adsorpsiyon sürecini etkileyen en önemli parametrelerden biri hiç kuĢkusuz uzaklaĢtırılmak istenilen adsorbatın özellikleridir. Adsorbatın kimyasal yapısı ile doğrudan bağlantılı özelliklerinden biri olan çözünürlük, sıvı fazdan adsorpsiyon ele alındığında, sadece adsorplanacak moleküllere bağlı olmayıp çözücüye ait bir özellik olarak da düĢünülebilmektedir. Lundelius‟ a göre, çözünmüĢ maddenin çözünürlüğü ile adsorpsiyon süreci arasında ters orantılı bir iliĢki mevcuttur. Traube ise, genel olarak organik bileĢiklerin sudaki çözünürlüğünün artan zincir uzunluğu ile azaldığını ve dolayısıyla adsorpsiyonun arttığını ileri sürmektedir. Lundelius‟ un önerdiği ve sonrasında Traube‟ nin desteklediği yaklaĢımlara göre, adsorplanacak moleküllerin çözünürlüğü yüksek olduğunda, yani adsorplanacak madde hidrofilik bir yapıda olduğunda, moleküllerin çözelti ortamında kalmak isteyip adsorban yüzeyine karĢı daha az ilgi duyacağı kabul edilmektedir. Bu durum aynı zamanda aynı ortamda bulunan hidrofilik bir maddenin, hidrofobik bir maddeye oranla daha az adsorbe olacağını da kanıtlamaktadır. Yapısında farklı grupları barındıran bir molekülün katı adsorban yüzeyinde tutunması ise, ancak moleküldeki hidrofobik uçlar tarafından gerçekleĢtirilebilmektedir. [3, 32, 35, 36]

Adsorpsiyon sürecini etkileyen bir diğer adsorbat özelliği ise molekül büyüklüğüdür. Endüstriyel uygulamalarda, ortamdan uzaklaĢtırılmak istenilen adsorbat moleküllerinin boyutları, sisteme en uygun adsorbanın belirlenmesi aĢamasında

23

dikkate alınması gereken özelliklerden biridir. Molekül büyüklüğü seçilen adsorbanın gözeneklerine göre büyük olan adsorbatın, adsorbanın aktif merkezlerine ulaĢma ihtimali oldukça düĢüktür. Ayrıca, adsorbat moleküllerinin boyutunun küçük olması, adsorpsiyonun çok daha hızlı bir Ģekilde gerçekleĢmesini sağlamaktadır. [3, 32]

Adsorbat moleküllerinin boyutunun yanı sıra iyonizasyon derecesi de adsorpsiyonu etkileyen önemli parametrelerden biridir. Ortamın pH değeri ile yakından ilgili olan iyonizasyona göre, nötr olan basit adsorbat moleküllünün yine kendisi gibi nötr adsorbana adsorbe olma eğilimi, yüklü adsorbana adsorbe olma eğiliminden daha fazladır. ĠyonlaĢmıĢ hallerine göre daha fazla adsorbe olan nötr moleküllerin aksine, kompleks yapılı moleküllerde iyonizasyon derecesi önem taĢımamaktadır. [1, 3, 32] Adsorbatın, adsorpsiyon sürecini etkileyen çözünürlük, molekül boyutu ve iyonizasyon derecesi gibi özelliklerinin yanı sıra, polar ya da apolar oluĢu ve geometrisi de önem taĢımaktadır. [3, 32]

3.3.3 Adsorban Özellikleri

Adsorpsiyonda kullanılan adsorbanın, aynı adsorbatta olduğu gibi hem fiziksel hem de kimyasal özellikleri süreci önemli ölçüde etkilemektedir. Adsorbanın hem yüzey alanı, gözenek boyutu gibi fiziksel özellikleri, hem de yüzeyde yer alan fonksiyonel grupları gibi kimyasal özellikleri adsorpsiyon sürecini doğrudan etkileyen önemli faktörlerdir. [32]

Adsorpsiyon yüzeyde gerçekleĢen bir süreç olduğu için, adsorbanın adsorpsiyon kapasitesi ile yüzey alanı doğru orantılı bir Ģekilde değiĢmektedir.

Adsorbanın tanecik boyutu da yüzey alanını etkilediği için, adsorpsiyonda etkili olan fiziksel özelliklerinden biridir. Belirli miktar adsorban daha küçük parçalar halinde kullanıldığı takdirde, adsorbanın yüzey alanı artacak ve dolayısıyla birim adsorban tarafından tutulacak adsorbat molekülü sayısı da artacaktır. Endüstride toz, granül ve pelet Ģeklinde adsorbanlar farklı amaçlara yönelik olarak tercih edilmektedir.

Adsorpsiyon mekanizmasının kalbi olarak tanımlanan ve sürece yön veren adsorbanın gözenek yapısı, diğer bir önemli parametredir. Adsorbanın gözenek yapısı denildiğinde, gözeneklerin çapı, toplam adsorban hacmi içerisindeki oranı ve gözenek boyut dağılımı anlaĢılmaktadır. Uluslar Arası Temel ve Uygulamalı Kimya

24

Birliği (International Union of Pure and Applied Chemistry - IUPAC) tarafından adsorban olarak kullanılan maddeler gözenek boyutlarına göre dört sınıfa ayrılmıĢtır. Buna göre gözenek yarıçapı;

 25 nm‟ den büyük olanlar makro gözenekli,

 25 ile 1 nm arasında olanlar mezo gözenekli,

 1 ile 0.4 nm arasında olanlar mikro gözenekli,

 0.4 nm‟ den küçük olanlar submikro gözenekli

olarak adlandırılmaktadır. Ancak birçok kaynakta, gözenek boyutları üç grupta toplanmaktadır. Gözenek boyutlarını üçe ayırmıĢ olan kaynaklarda, IUPAC‟ in sınıflandırmasında yer alan son iki grup birleĢtirilerek 1nm‟den küçük yarıçaplı gözeneklerin tamamı mikro gözenek olarak adlandırılmaktadır. Adsorpsiyon sırasında makro gözenekler adsorbat moleküllerinin adsorban içerisine girmesine, mezo gözenekler daha iç bölgelere ilerlemesine olanak sağlarken mikro gözeneklerde genellikle moleküllerin tutulması gerçekleĢmektedir. [3]

Adsorbanın bir gramında bulunan gözeneklerin toplam hacmine özgül gözenek hacmi ve bu gözeneklerin sahip olduğu duvarların toplam yüzeyine ise özgül yüzey alanı denilmektedir. Gözenek boyutu küçüldükçe adsorban gözeneklerinde yer alan duvar sayısı artacağı için özgül yüzey alanı da artacaktır. Bir baĢka deyiĢle, özgül yüzey alanının büyüklüğü, özgül gözenek hacminin büyüklüğünden çok gözeneklerin büyüklüğüne bağlıdır. Gözeneklerin büyüklük dağılımı ise, adsorbanın gözenek boyut dağılımı olarak tanımlanmaktadır. Bir adsorbanın adsorplama gücü, bu adsorbanın doğası yanında özgül yüzey alanı, özgül gözenek hacmi ve gözenek boyut dağılımına bağlı olarak değiĢmektedir. [1]

Adsorbanın fiziksel özelliklerinin dıĢında kimyasal özellikleri de adsorpsiyon süreci üzerinde etkin bir rol oynamaktadır. Adsorban yüzeyindeki fonksiyonel grupların türü ve dağılımı, adsorbanın asidik, bazik ya da nötr olması önem taĢımaktadır. Özellikle yapıdaki fonksiyonel grupların türü, adsorbatı yüzeye çeken kuvvetlerin etkisini belirlemektedir.