Flokülasyon Deneyleri

Bu çalışmada öncelikle, %2.4 katı ve %18 boraks içeren süspansiyonlar 80˚C’de farklı kimyasal yapı ve yük yoğunluğundaki, sentezlenmiş ve ticari polimerler ile floküle edilmişlerdir. Daha sonra deneyler, sıcaklık, süspansiyonun boraks konsantrasyonu ve süspansiyonun katı içeriği gibi değişkenlerin flokülasyona etkisini incelemek amacıyla, farklı sıcaklık, boraks konsantrasyonu ve katı içeriğinde yürütülmüştür.

Boraks ve katı içeriği belirlenen süspansiyonlar, belirlenen sıcaklıkta, 100 devir/ dak hızla, 30 dakika süreyle çözülmüştür. Bu süre sonunda flokülanların su içerisindeki %0.05’lik çözeltilerinden belirlenen miktarlarda ilave edilmiştir. Flokülan ilavesinden sonra 10 devir /dak hızla, 3 dakika süreyle tekrar karıştırma yapılmıştır. Safsızlıkların çökmesi için 30 dakika beklenmiş, süspansiyonların üst fazından numune alınarak bulanıklık ölçümü yapılmıştır.

Flok oluşumu için karıştırma ve çökme süreleri, yapılan ön denemeler sonunda belirlenmiştir.

4.6.1 %18 boraks ve % 2.4 katı içeren süspansiyonların 80˚C’de flokülasyonu

80˚C’de, %18 boraks ve %2.4 katı içeriğinde yapılan deneylerde, sentezlenen non- iyonik ve anyonik poliakrilamid flokülanlar ile non iyonik ve anyonik ticari poliakrilamid flokülanlar kıyaslanmıştır. 50 gram tinkal konsantresi, toplamda % 18’lik boraks süspansiyonu oluşturmak üzere, içeriği belirlenmiş yaklaşık % 7’lik boraks çözeltisi ile çözülmüştür. Oluşan süspansiyonun katı içeriği 24 g katı/ kg süspansiyon civarındadır. Boraks çözeltilerinin içeriği Bölüm 4.1’de belirtilen bor analizi yöntemine göre belirlenmiştir. 100 mL’lik balon joje içerisine 4 mL boraks

43

çözeltisi alınmış, destile su ile hacmine tamamlanmıştır. Balon jojeden alınan 10 mL örnek destile su ile 100 mL’ye seyreltilmiştir. Ortam 1:1 HCl ile asitlendirilerek işleme Bölüm 4.1’de bahsedildiği gibi devam edilmiştir.

Bölüm 3.3.1’de anlatılan yönteme göre sentezlenen non-iyonik yapıdaki poliakrilamid polimerleri ile yapılan flokülasyon deneylerinin sonuçları Şekil 4.2’de gösterilmektedir. Artan flokülan miktarına bağlı olarak elde edilen bulanıklık değerleri şekilde görülmektedir.

ġekil 4.2: Sentezlenmiş non-iyonik PAA polimerleri için polimer miktarına bağlı

olarak bulanıklık değerlerinin değişimi. Sıcaklık: 80˚C

Na2B4O7 içeriği: 18 g / 100 g doygun çözelti

Katı içeriği: 24 g katı / kg süspansiyon

Çizelge 4.3’ten de görüleceği gibi gliserinden yola çıkarak sentezlenen PAA-G polimerinde, akrilamid monomeri, Ce(IV) tarafından aktifleştirilen üç karbon atomuna da bağlanmaktadır. Yani polimerizasyon üç koldan ilerlemekte ve PAA-G polimeri yıldız şeklinde olmaktadır [12]. Etilen glikolden yola çıkarak sentezlenen PAA-E polimerinde ise Ce(IV) tarafından aktifleştirilen iki karbon atomu vardır. Yani polimerizasyon iki koldan ilerlemektedir. İsopropil alkolden ve aseton gliserolden yola çıkarak sentezlenen PAA-P ve PAA-AG polimerlerinde ise Ce(IV) tarafından aktifleştirilen tek karbon atomu vardır ve polimerizasyon tek koldan ilerlemektedir. Oluşan polimerler düz zincirlidir.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.5 1 1.5 2 2.5 B u lan ıkl ık [N TU ] Flokülan Miktarı [g flokülan/kg katı] PAA-G PAA-E PAA-P PAA-AG

44

Non-iyonik yapıdaki PAA-P ve PAA-AG polimerlerinin en etkin sonucu verdiği Şekil 4.2’den görülmektedir. Düz zincirli (lineer) polimerlerin, dallanmış polimerlere nazaran flokülasyonda daha etkin olduğu bilinmektedir [2]. Köprüleme flokülasyonu mekanizmasına göre, polimer zincirinin bir kısmı partikül yüzeyine adsorbe olmalı, zincirin bir kısmı ise sulu faza uzanacak biçimde olmalıdır. Böylece polimer zinciri birden çok yüzeye adsorblanıp, tanecikleri bir araya getirerek flokülasyona neden olur. Böyle bir etkiyi düz zincirli polimerler daha iyi gösterir çünkü bir tanecik yüzeyine adsorplandıkları zaman, yüzeyde polimer tarafından doldurulmamış birçok boşluk meydana gelir. Bu boşluklara, başka bir polimer zincirinin kuyrukları adsorblanır. Böylece bir tanecik yüzeyine birden fazla polimer zinciri adsorplanarak tanecikler bir araya gelir ve flokülasyon gerçekleşir [2]. Düz zincirli bir polimerin tanecik yüzeyine adsorplanması Şekil 4.3’te görülmektedir.

ġekil 4.3: Düz zincirli polimerin tanecik yüzeyine adsorpsiyonu [2].

Yukarıda bahsedilen flokülasyon şartlarında, PAA-G polimerinin en fazla bulanıklık değerlerini vermesi, dallanmış bir yapıya sahip olmasıyla açıklanabilir. Etilen glikolden yola çıkarak sentezlenen PAA-E polimerinin PAA-P ve PAA-AG polimerlerine göre daha kötü sonuçlar vemesi, zincirin belli bir açıya sahip olduğunu düşündürmektedir.

Her ikisi de düz zincirli olan PAA-P ile PAA-AG polimerleri kıyaslandığında ise, bulanıklık değerlerinin birbirine çok yakın olduğu, ancak yine de PAA-P polimerinin daha iyi sonuç verdiği görülmektedir. Bu durum PAA-P polimerinin daha yüksek molekül ağırlığına dolayısıyla daha uzun zincirlere sahip olması ile açıklanabilir.

45

Tüm polimerler için flokülan miktarı arttıkça bulanıklık artmaktadır. Bu durum taneciklerin adsorplanan polimer fazlası nedeniyle destabilizasyonu (peptizasyon) ile açıklanabilir [2]. Flokülasyonda optimum bir flokülan konsantrasyonu vardır. Sisteme, optimum flokülan konsantrasyonundan fazla flokülanın ilavesi, partikül yüzeylerinin flokülan molekülleri ile tamamen sarılmasını sağlayarak, köprüleşmeyi ortadan kaldırır. Tanecikler, yüzeyleri flokülanla kaplanmış olarak stabil halde süspansiyonda asılı dururlar ve bir araya gelemezler. Böylece flokülasyon bozularak, taneciklerin süspansiyonda asılı kalma durumlarını belirten destabilizasyon oluşur. Bu durum Şekil 2.5’te gösterilmiştir. Adsorplamış polimer fazlası ile desabilizasyon, sonuçlara bulanıklığın artması olarak yansır.

Gözle saptanan flok büyüklükleri, flokülan miktarının artmasıyla artmaktadır. Ayrıca flokülan cinsine göre flok büyüklükleri PAA-G > PAA-E > PAA-P ≈ PAA-AG şeklinde değişmektedir. Bu sonuçların literatürdeki verilerle uyumlu olduğu görülmüştür. Antunes ve çalışma arkadaşları, düz zincirli polimerler ile elde edilen flokların dallanmış polimerler ile elde edilenlere göre daha küçük olduğunu ortaya koymuşlardır. Araştırıcılar, düz zincirli polimerlerin, tanecik yüzeyine düz bir şekilde adsorplanması sonucunda, bir araya gelen taneciklerin arasındaki boşluğun az olduğunu ve böylece daha küçük flokların oluştuğunu belirtmişlerdir [37].

Sentezlenmiş, non-iyonik yapıdaki poliakrilamid polimerler ile yapılan flokülasyon denylerinin sonuçlarına göre en az flokülan sarfiyatı ile en berrak çözeltiler, düz zincirli PAA-P ve PAA-AG polimerleri ile elde edilmiştir.

Polimerlerin yük yoğunluğunun flokülasyona etkisini incelemek amacıyla, sentezlenen PAA-G, PAA-E ve PAA-P polimerlerinin kısmi hidrolizi gerçekleştirilmiş ve artan anyoniklik derecelerine sahip yeni polimerler elde edilmiştir. Anyonik polimerlerle yapılan flokülasyon deneyleri, non-iyonik homopolimerler ile yapılan flokülasyon deneyleri ile aynı şartlarda gerçekleştirilmiştir. PAA-G polimerinin üç farklı hidrolizi ile elde edilen, %12.3 akrilik asit içeriğine sahip PAA-GH1, %13.1 akrilik asit içeriğine sahip PAA-GH2, %15.2 akrilik asit içeriğine sahip PAA-GH3 polimerleri ile yapılan deneylerin sonuçları Şekil 4.4’te gösterilmektedir.

46

ġekil 4.4: PAA-G ve hidrolizlenmiş PAA-G polimerleri için flokülan miktarına bağlı

olarak bulanıklık değerlerinin değişimi. Sıcaklık: 80˚C

Na2B4O7 içeriği: 18 g / 100 g doygun çözelti

Katı içeriği: 24 g katı / kg süspansiyon

Şekil 4.4’ten görüldüğü gibi, 1.5 [g flokülan/kg katı] konsantrasyonundan itibaren hidrolizlenme derecesi arttıkça bulanıklık artmakta yani flokülasyon kötüleşmektedir. Addai ve Mensah poliakrilamidin kil yüzeylerine adsorbsiyonunu, kil yüzeyindeki hidroksil gruplar ile poliakrilamidin amid grubunun hidrojen bağı yapmasıyla açıklamıştır [32]. İyonik olmayan PAA-G ile, aynı polimerin kısmi hidrolizi ile elde edilen anyonik yapıdaki polimerleri karşılaştırıldığında, bir miktar hidrolizlenmenin olumlu sonuç verdiği görülmektedir. % 13.1 anyonik PAA-GH2 polimeri en düşük bulanıklık değerini vermiştir. Bu sistem için PAA-G polimerinin optimum hidrolizlenme derecesi yaklaşık % 13 civarındadır.

Tanecikler negatif yüklü olduklarına göre, hafif anyonik PAA’in iyonik olmayan PAA’e göre iyi sonuç vermesi, poliakrilamidin tanecik yüzeyine hidrojen köprüleri üzerinden adsorpsiyonundan başka bir mekanizmanın da var olduğunu düşündürmektedir. Çözeltide bulunan Ca2+

iyonlarının, tanecik üzerindeki negatif merkezler ile polimerin karboksilat gruplarını bağlayarak adsorpsiyonu ilerlettiği bilinmektedir [2]. Tinkal cevherinin, montmorillonit cinsi killerin yanı sıra dolomit içerdiği göz önüne alınırsa [15], süspansiyona dolomitten Ca2+

iyonlarının geçtiği söylenebilir. Bu durumda da, kısmen düşük hidrolizlenme derecesindeki polimerin

0 50 100 150 200 0 0.5 1 1.5 2 2.5 B u lan ıkl ık [N TU ] Flokülan Miktarı [g flokülan/ kg katı] PAA-G PAA-GH1 PAA-GH2 PAA-GH3

47 karboksil gruplarının, Ca+2

iyonlarını adsorplamış olabilecek olan negatif kil yüzeyleriyle etkileşimi beklenebilir.

PAA-E polimerinin üç farklı kısmi hidrolizi ile elde edilen PAA-EH1, PAA-EH2, PAA-EH3 polimerleri ile yapılan deneyler aynı şartlarda yürütülmüştür. Sonuçlar Şekil 4.5’te gösterilmiştir.

ġekil 4.9: PAA-E ve hidrolizlenmiş PAA-E polimerleri için flokülan miktarına bağlı

olarak bulanıklık değerlerinin değişimi. Sıcaklık: 80˚C

Na2B4O7 içeriği: 18 g / 100 g doygun çözelti

Katı içeriği: 24 g katı / kg süspansiyon

İyonik olmayan PAA-E, %10.5 anyonik PAA-EH1, %14.6 anyonik PAA-EH2 ve %16.1 anyonik PAA-EH3 polimerleri ile yapılan deneylerin sonuçlarına göre, anyoniklik derecesinin artmasıyla flokülasyon kötüleşmektedir. Polimerin yük yoğunluğu arttıkça, polimerin yüklü grupları ile negatif yüklü kil yüzeyleri arasındaki elektrostatik itme artacağından, flokülasyonun kötüleşmesi beklenen bir sonuçtur.

İyonik olmayan PAA-P, ve bu polimerin kısmi hidrolizi ile elde edilen farklı anyoniklik derecelerine sahip PAA-PH1, PAA-PH2, PAA-PH3 polimerleri ile yapılan deneyler aynı şartlarda gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerin sonuçları Şekil 4.6’da gösterilmektedir. 0 50 100 150 200 0 0.5 1 1.5 2 2.5 B u lan ıkl ık [N TU ] Flokülan miktarı [g flokülan/kg katı] PAA- E PAA-EH1 PAA-EH2 PAA-EH3

48

ġekil 4.6: PAA-P ve hidrolizlenmiş PAA-P polimerleri için flokülan miktarına bağlı

olarak bulanıklık değerlerinin değişimi. Sıcaklık: 80˚C

Na2B4O7 içeriği: 18 g / 100 g doygun çözelti

Katı içeriği: 24 g katı / kg süspansiyon

Bu grafik incelendiğinde, düşük flokülan miktarlarında, iyonik olmayan PAA-P, %12.1 anyonik PAA-PH1 ve %13 anyonik PAA-PH2 polimerleri benzer etki göstermişlerdir. Yüksek flokülan miktarlarında ise, polimerlerin hidrolizlenme derecesi arttıkça, flokülasyon kötüleşmektedir.

Hidrolizlenmiş polimerlerle elde edilen tüm sonuçlar incelendiğinde, bahsedilen deney koşullarında anyonik polimerlerin etkin olmadığı görülmüştür. PAA-GH1 ve PAA-GH2 polimerleri ile PAA-G polimerine kıyasla iyi sonuç alınmış olsa dahi, bulanıklık değerleri PAA-P ve PAA-AG polimerleri ile elde edilen değerlerden daha yüksektir. Ayrıca anyonik polimerlerin eldesi için bir işlem daha yapılması gerektiğinden (hidroliz reaksiyonu), bu polimerlerin sentezi ekonomik değildir. Sonuçta, bu sistem için, sentezlenen polimerler arasında PAA-P ve PAA- AG polimerleri en uygun flokülanlardır.

Ticari flokülanlar kullanılarak yapılan flokülasyon deneyleri, sentezlenmiş polimerler ile yapılan flokülasyon deneyleri ile aynı şartlarda gerçekleştirilmiştir. Deneylerde kullanılan ticari flokülanlar anyonik ve non-iyonik yapıdaki düz zincirli poliakrilamidlerdir. Bu amaçla % 5 anyonik AN 905, % 10 anyonik AN 910, %13 anyonik AN 913 SH ve iyonik olmayan AH 912 kullanılmıştır. Flokülanların %

0 50 100 150 200 0 0.5 1 1.5 2 2.5 B u lan ıkl ık [N TU ] Flokülan Miktarı [g flokülan/ kg katı] PAA-P PAA-PH1 PAA-PH2 PAA-PH3

49

0.05’lik çözeltileri kullanılmış, bulanıklık değerlerinin flokülan miktarına bağlı olarak değişimi incelenmiştir. Şekil 4.7, ticari PAA polimerleri ile yapılan flokülasyon deneylerinin sonuçları göstermektedir.

ġekil 4.7: Ticari PAA polimerleri ile flokülasyon.

Sıcaklık: 80˚C

Na2B4O7 içeriği: 18 g / 100 g doygun çözelti

Katı içeriği: 24 g katı / kg süspansiyon

Şekil 4.7’de görüldüğü gibi, flokülan miktarının artması, bulanıklık değerlerinin artmasına yol açmıştır. Sentezlenmiş polimerler ile yapılan deneylerde de aynı durum gözlenmiştir. Bu durum adsorplanan polimer fazlasının neden olduğu destabilizasyon ile açıklanabilir.

Polimerlerin anyoniklik derecesi arttıkça, polimerin yüklü grupları ile negatif yüklü kil tanecikleri arasındaki artan elektriksel itme nedeniyle flokülasyon kötüleşmektedir. Ancak ticari polimerler ile yapılan flokülasyon deneylerinde de, polimerin hidroliz derecesi ile çözeltinin bulanıklığı arasında doğrusal bir ilişki kurmak mümkün değildir.

Sonuçlar, sentezlenen polimerler ile elde edilen flokülasyon sonuçları ile kıyaslandığında, her iki durumda da en iyi sonucu iyonik olmayan polimerler vermiştir. İyonik olmayan AH 912 flokülanı ticari flokülanlar arasında en iyi sonucu vermiştir. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.5 1 1.5 2 2.5 B u lan ıkl ık [N TU ] Flokülan Miktarı [g flokülan/kg katı] AN 905 AN 910 AN 913 SH AH 912

50

Sentezlenen polimerler içerisinde en iyi sonuçları veren PAA-P ve PAA-AG polimerleri ile yapılan deneylerde elde edilen bulanıklık değerleri, ticari AH 912 polimeri ile elde edilen bulanıklık değerleriyle kıyaslanmış ve grafik yeniden düzenlenmiştir. Bu durum Şekil 4.8’den görülmektedir.

ġekil 4.8: Ticari AH 912 polimeri ile sentezlenmiş PAA-P, PAA-AG polimerleri için

flokülan miktarına bağlı olarak bulanıklık değerlerinin değişimi Sıcaklık: 80˚C

Na2B4O7 içeriği: 18 g / 100 g doygun çözelti

Katı içeriği: 24 g katı / kg süspansiyon

Şekil 4.8’den de görüleceği gibi, bahsedilen flokülasyon koşullarında, sentezlenmiş PAA-P ve PAA-AG polimerleri en iyi sonuçları vermiş, bu polimerler ile daha az flokülan sarfiyatı ile daha berrak çözeltiler elde edilmiştir. Bu durumun, lineer polimerlerin flokülasyonda daha etkin olmasından kaynaklandığı düşünülse de, farklı koşullar için sonuçlar farklı olabilmektedir. Çünkü sıcaklık, tuz konsantrasyonu gibi değişkenler polimer zincirinin konformasyonuna etki ederek flokülasyonu etkilemektedirler [15,37,61]. Örneğin PAA-G, PAA-E ve PAA-P polimerleri ile düşük sıcaklık ve düşük boraks konsantrasyonunda daha önce yapılan bir çalışmada bulanıklık değerleri PAA-P > PAA-E > PAA-G şeklinde değişmektedir. Yani araştırıcılar çalışma koşullarında PAA-G polimerinin en iyi flokülan olduğunu belirtmişlerdir [11]. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.5 1 1.5 2 2.5 B u lan ıkl ık [N TU ] Flokülan Miktarı [g flokülan/kg katı PAA-P PAA-AG AH 912

51

Elde edilen sonuçlar ve literatürdeki verilerden yola çıkarak, sıcaklık, boraks konsantrasyonu ve süspansiyonun katı içeriğinin flokülasyona etkisini incelemek ve dallanmış ve lineer yapıdaki polimerlerin farklı koşullardaki flokülasyon davranışlarını inceleyebilmek amacıyla farklı sıcaklık, boraks konsantrasyonu ve katı içeriğinde flokülasyon deneyleri yapılmıştır.

4.6.2 %2.5 boraks ve % 0.5 katı içeren süspansiyonların 20˚C’de flokülasyonu

Polimerlerin düşük sıcaklık, düşük boraks konsantrasyonu ve düşük katı içeriğindeki süspansiyonlardaki flokülasyon davranışlarını incelemek üzere yapılan deneylerde, sentezlenmiş PAA-G, PAA-E, PAA-P ve PAA-AG polimerleri ile, ticari polimerler arasında en iyi etkiyi göstermiş olan AH 912 polimerlerinin % 0.05’lik çözeltileri kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar Şekil 4.9’da görülmektedir.

ġekil 4.9: Çeşitli flokülanlarla 20˚C’de flokülan miktarına bağlı olarak bulanıklık

değerlerinin değişimi. Sıcaklık: 20˚C

Na2B4O7 içeriği: 2.5 g / 100 g doygun çözelti

Katı içeriği: 5 g katı / kg süspansiyon

Şekil 4.9’dan da görüldüğü gibi, düşük sıcaklık ve düşük boraks konsantrasyonu ve düşük katı içeriğinde yapılan bu deneylerdeki sonuçlar, Bölüm 4.6.1’deki sonuçlar ile tam tersi biçimde değişmektedir. Yani polimerlerin flokülasyon etkinlikleri PAA- G > PAA-E > AH 912 > PAA-P ≈ PAA-AG şeklinde değişmektedir ve bu sonuçlar literatürdeki veriler ile uyumludur [11].

0 50 100 150 200 0 2 4 6 8 10 B u lan ıkl ık [N TU ] Flokülan Miktarı [g flokülan/kg katı] PAA-G PAA-E PAA-P PAA-AG AH 912

52

4.6.3 %2.5 boraks ve % 0.5 katı içeren süspansiyonların 80˚C’de flokülasyonu

Sıcaklığın flokülasyona etkisini incelemek amacıyla, düşük boraks ve düşük katı içeriğindeki süspansiyonlar 80˚C’ye ısıtılarak, PAA-G, PAA-E, PAA-P, PAA-AG ve AH 912 polimerleri ile floküle edilmiştir. Elde edilen sonuçlar Şekil 4.10’da görülmektedir.

ġekil 4.10: Çeşitli flokülanlarla 80˚C’de flokülan miktarına bağlı olarak bulanıklık

değerlerinin değişimi. Sıcaklık: 80˚C

Na2B4O7 içeriği: 2.5 g / 100 g doygun çözelti

Katı içeriği: 5 g katı / kg süspansiyon

Şekil 4.10’da görüldüğü gibi polimerlerin flokülasyon etkinlikleri PAA-E > AH 912 > PAA-G > PAA- P ≈ PAA-AG şeklinde değişmektedir.

Şekil 4.9 ve Şekil 4.10 karşılaştırıldığında, bahsedilen flokülasyon şartları için, sıcaklığın 20˚C’den 80˚C’ye çıkması, tüm polimerler için olumsuz sonuç vermiştir. 20 ˚C’de yapılan deneylerde, daha az flokülan sarfiyatı ile daha berrak çözeltiler elde edilmiştir. Bu veriler literatürdeki bilgiler ile uyum içindedir [15,61]. Mpofu ve çalışma arkadaşları yaptıkları bir çalışmada, flokülasyon sıcaklığının artması ile flokülasyonun kötüleşmesini, polimer-çözücü, polimer-polimer etkileşimlerinde meydana gelen değişiklikler ile açıklamışlardır. Şöyle ki, sıcaklığın artması ile polimer çözeltisinin viskozitesinde meydana gelen düşüş, polimer-su hidrojen bağlarının kırılması ile olur. Bu durum polimer konformasyonunda değişikliğe yol

0 50 100 150 200 0 2 4 6 8 10 B u lan ıkl ık [N TU ] Flokülan Miktarı [g flokülan/kg katı] PAA-G PAA-E PAA-P PAA-AG AH 912

53

açarak flokülasyonu etkiler. Düşük sıcaklıklarda, polimer-su hidrojen bağları kuvvetlidir ve polimer zinciri daha geniş ve düz bir yapıdadır. Sıcaklığın artması ile polimer-çözücü arasındaki hidrojen bağlarının kırılması sonucu, polimer-polimer etkileşimleri ön plana çıkar. Sonuçta kompakt yapılı polimer zincirleri oluşur. Bu durum Şekil 4.11’de gösterilmektedir [61].

ġekil 4.11: a) Düşük sıcaklıkta polimerin zincirinin konformasyonu ve tanecik

yüzeyine adsorpsiyonu [61].

b) Yüksek sıcaklıkta polimer zincirinin konformasyonu ve tanecik yüzeyine adsorpsiyonu [61].

Şekil 4.11’de görüldüğü gibi, düşük sıcaklıklarda polimer zinciri daha düz ve genişlemiş bir haldedir. Polimer, tanecik yüzeyine adsorplandığında, yüzeyde polimer tarafından doldurulmamış bölgeler mevcuttur. Polimer zincirinin bir kısmı ise tanecik yüzeyine tutunmayarak sulu faza adeta kuyruk biçiminde uzanır. Bu boşluklar ve kuyrular ile polimer zinciri başka bir partikül yüzeyine adsorplanarak etkin bir köprüleme flokülasyonu gerçekleştirebilir.

Yüksek sıcaklıklarda ise polimer-çözücü arasındaki hidrojen bağları sıcaklığın artması ile kırılır ve polimerin konformasyonunda değişiklikler meydana gelir. Polimer zinciri kompakt bir hale gelir ve tanecik yüzeyine birçok noktadan

54

adsorplanır. Bu durumda boşluklar veya kuyrukların oluşması söz konusu olmadığından, polimer zayıf bir köprüleme yapar.

4.6.4 %18 boraks ve % 0.5 katı içeren süspansiyonların 80˚C’de flokülasyonu

Süspansiyonun boraks konsantrasyonun flokülasyona etkisini belirlemek amacıyla, 80˚C’de, %2.5 boraks konsantrasyonu ve % 0.5 katı içeren süspansiyonların flokülasyon deneylerine ek olarak, sıcaklık ve katı içeriği sabit tutularak, boraks konsantrasyonu %18 olan süspansiyonlar floküle edilmiştir. 10.8 g tinkal, içeriği belirlenmiş yaklaşık % 16 olan boraks çözeltisi ile çözülmüştür. Elde edilen sonuçlar Şekil 4.12’de gösterilmektedir.

ġekil 4.12: %18 boraks konsantrasyonunda flokülan miktarına göre bulanıklık

değerlerinin değişimi. Sıcaklık: 80˚C

Na2B4O7 içeriği: 18 g / 100 g doygun çözelti

Katı içeriği: 5 g katı / kg süspansiyon

Şekil 4.12, Şekil 4.10 ile kıyaslandığında, sıcaklık ve katı içeriği sabit tutularak boraks konsantrasyonunun arttırılması, daha az flokülan sarfiyatı ile daha berrak çözeltilerin elde edilmesine yani flokülasyonun iyileşmesine neden olmuştur. Daha önce de bahsedildiği gibi, bir elektrolit çözeltisinde yüklü tanecik etrafındaki iyonların dağılımı homojen olmadığından, tanecik etrafında bir elektriksel çift tabaka meydana gelir. Bu çift tabakanın kalınlığı, çözeltideki iyonların cinsine ve konsantrasyona bağlıdır. Düşük elektrolit konsantrasyonunda yüklü bir taneciğin

0 50 100 150 200 0 2 4 6 8 10 B u lan ıkl ık [N TU ] Flokülan Miktarı [g flokülan/kg katı] PAA-G PAA-E PAA-P PAA-AG AH 912

55

etrafındaki çift tabaka oldukça geniş olabilir ve tanecikler birbirlerine çok yaklaşamazlar. Çözeltinin iyonik gücünün arttırılması, aynı yüklü tanecik ile polimer arasındaki elektriksel itmeyi azaltarak, adsorplanmış polimerin köprüleme yapma olasılığını arttırmaktadır [2,22]. Sonuç olarak süspansiyonun boraks konsantrasyonunun artması, çift tabaka sıkıştırması ile flokülasyonun iyileşmesine neden olmaktadır. Bu veriler daha önce yapılan bir çalışma ile uyumludur [15]. Şekil 4.12’den yola çıkılarak, polimerlerin flokülasyon etkinliklerini birbirleri ile kıyaslamak mümkün olmadığı için, bahsedilen çalışma koşullarında yapılan deneyler sonucunda elde edilen bulanıklık değerleri Çizelge 4.5’te verilmiştir.

Çizelge 4.5: %18 boraks ve % 0.5 katı içeren süspansiyonların 80˚C’de flokülasyonu

sonucu elde edilen bulanıklık değerleri

Flokülan Miktarı [g/ kg katı]

Bulanıklık Değerleri [NTU]

PAA-G PAA-E PAA-P PAA-AG AH 912

0.5 22 14 12 12 12 1.5 27 31 27 17 23 2.5 43 40 50 25 28 5 56 48 56 29 55 7.5 59 55 73 49 66 10 147 60 129 73 82

Çizelge 4.5’ten de görüldüğü gibi en iyi bulanıklık değerleri PAA-P, PAA-AG ve AH 912 polimerleri ile elde edilirken, en kötü sonuçlar PAA-E ve PAA-G polimerleri ile elde edilmiştir. Bu sonuçlar Bölüm 4.6.3’te verilen sonuçlar ile karşılaştırıldığında, polimerlerin flokülasyon etkinliğinin tam tersi biçimde değiştiği görülmektedir. Yani sıcaklık ve süspansiyonun katı içeriği sabit tutularak boraks konsantrasyonun arttırılması, lineer polimerlerin daha etkin olmasına yol açmıştır. Bu sonuçlar, Bölüm 4.6.1’de bahsedilen deney sonuçları ile kıyaslandığında süspansiyonun katı içeriğinin flokülasyona etkisi görülmektedir. Boraks konsantrasyonu ve sıcaklık sabit tutularak, süspansiyonun katı içeriğinin arttırılması,

56

aynı bulanıklık değerine daha az flokülan sarfiyatı ile ulaşılmasını sağlamıştır. Bunun nedeni flokülasyonun köprüleme mekanizması üzerinden yürümesidir. Köprüleme ile flokülasyonda, katı konsantrasyonunun artması ile taneciklerin çarpışma olasılığı artacağından, flokülasyon için daha az flokülan gerekebilir. Bu sonuçlar literatürdeki veriler ile uyumludur [15].

4.6.5 Polimerlerin polietilen oksit ile birlikte kullanımı

Birçok flokülasyon işleminde, polietilen oksit polimerinin poliakrilamid polimerleri ile beraber flokülan olarak kullanıldığı bilinmektedir [16,17]. Polietilen oksit flokların yapışkanlığını azaltmak amacıyla sisteme ilave edilmektedir. Polietilen oksitin, sentezlenen polimerlerle kullanılabilirliğinin araştırılması amacıyla %18 boraks ve % 2.4 katı içeren süspansiyonlar 80˚C’de, bu şartlarda en iyi sonuçları