Boyarmadde ve Metal Gideriminde Kullanılan Adsorplayıcılar Hakkında Genel

Adsorpsiyon işleminin ilerleyişi, adsorplanan ve adsorplayıcının etkileşimine ve oluşturdukları sistemin özelliklerine bağlıdır. Farklı kimyasal yapıdaki adsorplayıcılar farklı adsorpsiyon özellikleri gösterirler. Adsorpsiyon işleminde çok sayıda adsorplayıcı kullanılmaktadır. Bunlar arasında, atıksu arıtımında en yaygın olarak aktif karbon kullanılmaktadır. Ancak, maliyetinin yüksekliği kullanımını sınırlamaktadır. Bu dezavantajından dolayı, son yıllarda aktif karbon yerine alternatif olabilecek doğal, endüstriyel ve tarımsal atıklardan elde edilen adsorplayıcılar kullanılmaktadır. Bu adsorplayıcılar, maliyetinin düşük olması, kirlilik gideriminde gösterdikleri verimleri ve adsorpsiyon sonrası ortama zararlı veya toksik madde bırakmamasıdır nedeniyle dikkat çekmektedirler (Crini 2006, Dabrowski 2001).

2.7.6.1. Doğal Adsorplayıcılar 2.7.6.1.1. Killer

Kaolinit, montmorillonit, illit, klorit, sepiolit ve attapulgit gibi kil minerallerinden biri veya birkaçı yanında, kuars, kristobalit, amfibol, feldespat, kalsit, magnezit, dolomit, jips, alunit ve korendum gibi kil dışı minerallerden biri veya birkaçını içeren doğal maddelere genel olarak “kil” adı verilir (Güzel 2005). Kili meydana getiren maddeler sulu alüminyum silikatlerdir. Doğada bol miktarda bulunan minerallerden olan kilin içinde en çok kalker, silis, mika, demir oksit bulunur. Boyutu 0.002 nm’den daha küçüktür (Pinnavaia 1983). Kilin adsorpsiyonda çok önemli bir özelliğe sahip olması, yüzeyinde, sulu çözeltide bulunan anyon ve katyonlarla yerdeğiştirebilecek (iyon değişimi yapabilecek) iyonlara sahip olmasıdır. Kil yüzeyinde bulunan başlıca iyonlar; Ca2+, Mg2+, H+, K+, NH4+, Na+ katyonları ve SO42-, Cl-, PO43-, NO3- anyonlarıdır. Bu iyonlar, başka iyonlarla kilin yapısını etkilemeden kolayca

yerdeğiştirebilirler (Bhattacharya ve Gupta 2003). İnorganik ve organik her türden molekül ve iyonu adsorplama gücün sahip olmaları killerin bilimsel ve teknolojik önemini daha da arttırmaktadır. Gaz veya buhar fazından, iki bileşenli veya çok bileşenli sıvı karışımlarından ve iyonik çözeltilerden seçimli adsorpsiyon yapabilen killer en önemli adsorplayıcılar arasında yer almaktadır.

2.7.6.1.2. Zeolitler

Adsorplayıcı olarak, ilk akla gelen, doğal ve sentetik zeolitlerdir. Zeolitler, alkali ve toprak alkali metal katyonu içeren, kristal yapılı, sulu alüminosilikatlardır (Tekeci 2005). Yüksek iyon değişimi kapasitesine sahip olan zeolitlerin özgül yüzey alanları da oldukça yüksektir. Zeolitlerin, diğer bir önemli özelliği ise, iyon seçiciliğine sahip olmasıdır (Rafatullah ve ark. 2010).

Zeolitler, gazların ve sıvıların adsorpsiyonu, iyon değiştirme ve tepkimeleri katalizleme olmak üzere üç önemli özelliğe sahip olmaları nedeniyle, endüstri alanında oldukça etkin bir yere sahiptirler. Yapılarındaki adsorplanmış suyun yapıdan kolayca uzaklaştırılması sonucu aktif hale gelen zeolitler, günümüzde en yaygın kullanılan ticari adsorplayıcılar arasında yer almaktadır. Sentetik zeolitler, doğal zeolit çeşitlerine göre daha üstün özelliklere sahip olmalarına rağmen doğal zeolitlerin doğada bol miktarda bulunması, ucuz olması ve modifiye edilebilir olması nedeniyle endüstriyel alanda, tarım ve hayvancılık alanında ve çevre kirliliğin kontrolünde önemli bir uygulama alanı bulmuştur (Ahmed ve Ram 1992, Rafatullah ve ark. 2010).

2.7.6.1.3. Kitosan

Kabuklu deniz ürünlerinin yapısında bulunan kitosan, kitinin alkali N- deasetilasyonu ile elde edilen bir polisakarittir. Yapısında bulunan amino grup ve hidroksil gruplarının şelatlayıcı bir ligand olarak görev yapmaktadır (Uzun 2001). Biyosorplayıcılar arasında, selülozdan sonra bol miktarda bulunan ikinci doğal polimerdir.

Sentetik reçinelerin artan maliyetlerinden dolayı, düşük maliyetli adsorplayıcılara duyulan ihtiyaçtan dolayı kitosan, ağır metaller ve iyonik boyarmaddeler için etkin bir

adsorplayıcı olması nedeniyle, adsorpsiyon çalışmalarında kullanımı gittikçe artmaktadır (Alyüz ve Veli 2005).

2.7.6.1.4. Biyosorplayıcılar

Atıksulardan kirleticileri uzaklaştırmak için biyolojik materyallerin kullanıldığı adsorpsiyon tekniğine biyo-adsorpsiyon ya da kısaca biyosorpsiyon denir. Biyosorplayıcılar, yaygın olarak kullanılmakat olan iyon-değişimi kapasitesine sahip olan bir çok reçinelerden ve aktif karbonlardan daha seçici bir özelliğe sahiptirler. Biyosorpsiton; rekabet edebilen, etkili ve düşük maliyetli yeni bir yaklaşımdır. Atık sulardan, organik ve inorganik maddelerin uzaklaştırılması ve/veya geri kazanılması için, ekonomik oluşları nedeniyle yeni tür biyorplayıcılar üretilmesi çalışmaları son zamanlarda artmıştır.

Biyosorplayıcıları, biyokütle, atık maddeler; tarımsal ve endüstriyel yan ürünleri, tarımsal ve endüstriyel katı atıklar oluşturmaktadır.

Biyokütle, canlı veya cansız mantar, alg ve diğer mikroorganizmalardan elde edilen biyosorplayıcılardır. Bu biyokütleler bazı fizikokimyasal özelliklerinden dolayı, adsorplayıcı olarak kullanılma açısından yüksek bir potansiyele sahiptirler. Ayrıca adsorpsiyon kapasitelerini ya da seçiciliklerini arttırmak amacıyla çeşitli kimyasal ve fiziksel modifikasyon işlemleri de uygılanabilir. Yüksek adsorpsiyon kapasiteleri ve seçicilikleri olmasına rağmen bazı dezavantajları da vardır: Adsorpsiyon süreci yavaştır. Örneğin Aspergillus niger biyokütlesiyle yapılan bir çalışmada denge süresi 42 saattir. Diğer bir dezavantaj ise ortam pH’ının biyosorpsiyon sürecini çok kuvvetli bir şekilde etkilemesidir (Rafatullah ve ark. 2010).

Atık maddeler, tarımsal ve endüstriyel yan ürünleri, doğada bol miktarda bulunmaları ve daha az işlem gerektirdikleri için düşük maliyetli adsorplayıcılardır. Tarımsal Katı Atıklar, yaprak, lif, meyve-sebze kabukları, çekirdekleri v.b. tarımsal katı atıklar ile talaş, ağaç kabukları gibi endüstriyel yan ürünler, bazı fizikokimyasal özelliklerinden dolayı adsorplayıcı olarak kullanılırlar. Örneğin ahşap sanayinin bir yan ürünü olan talaş, katı yakıt ya da ambalajlama materyali olarak kullanılmakta, maliyeti ihmal edilecek çok düşük düzeydedir (Garg ve ark. 2004). Talaş, yapısında lignin,

hemiselüloz, selüloz gibi organik bileşikler bulundurduğu için, boyarmadde, metal ve diğer kirleticilerin adsorpsiyonunda kullanılmıştır (Shukla ve ark. 2002). Talaş gibi birçok katı atık örneğin çim atıkları (Hameed 2009), muz atıkları (Hameed ve ark. 2008; Annadurai ve ark. 2002), kabak çekirdeği kabukları (Hameed ve El-Khaiary 2008), ananas sapları (Hameed ve ark. 2009), fıstık kabuğu (Gong ve ark. 2005), buğday kabukları (Bulut ve Aydın 2006 ) vb. gibi bitksel atıklar düşük maliyetli hatta maliyetsiz oluşları ve doğada bol miktarda bulunmaları nedeniyle adsorpsiyon çalışmalarında kullanılmışlardır.

Endüstriyel katı atıklar, sulu çamur, uçucu kül ve kırmızı çamur gibi endüstriyel katı atıklar, düşük maliyetli oldukları ve bol miktarda bulunmaları nedeniyle adsorplayıcı olarak kullanılmaktadırlar (Gülnaz ve ark. 2004). Örneğin Adana Organize Sanayi bölgesindeki elektrokaplama sanayinden elde edilen aktif çamur adsorplayıcı olarak kullanılmıştır (Gülnaz ve ark. 2004). Aktif çamurdaki çözünmeyen metal hidroksitleri ve diğer tuzlar, adsorplayıcı olarak kullanılmasını sağlar. Örneğin Otero ve ark. tarafından (Otero ve ark. 2003), kurutulmuş kanalizasyon çamuru, piroliz edilmiş kanalizasyon çamuru ve kimyasal olarak aktive edilmiş kanalizasyon çamuru adsorplayıcı olarak kullanılmıştır. Uçucu kül, termik santrallerden kaynaklanan ve oldukça bol miktarda bulunan bir atık veya yan üründür. Ciddi bir atık tehlikesi oluşturduğu için, bir çok araştırmacı tarafından çevre kirliliği kontrolünde, uçucu kül adsorplayıcı olarak kullanılmıştır. Uçucu kül, yapısında ağır metal gibi tehlikeli maddeler bulundurmasına rağmen, bir çok ülke sanayiinde kullanılmaktadır (Janos ve ark. 2003). Ancak şeker endüstrisinden elde edilen şeker küspesi uçucu külü, çok fazla toksik metal içermediğinden dolayı, adsorpsiyonda geniş bir kullanım alanına sahiptir. Diğer bir endüstriyel yan ürün/atık olan madde ise kırmızı çamurdur. Kırmızı çamur, alüminyum sanayisinden elde edilen bir atıktır ve bir çok araştırmacı tarafından adsorplayıcı olarak kullanılmıştır (Wang ve ark. 2005).

2.8. Çalışmada Kullanılan Biyosorplayıcılar Hakkında Genel Bilgiler