MM Adsorpsiyon kinetik modelinin belirlenmes

Adsorpsiyon kinetiği ve adsorpsiyon reaksiyonu dinamiği, hız sabiti terimleri yardımıyla değerlendirilmektedir (Gyue ve ark., 2014). Bir adsorbentin temel özelliklerinin değerlendirilmesi için adsorpsiyon kinetiği çalışmaları önemlidir (Vargas ve ark., 2011).

Çalışmanın bu basamağında, İÇAC38, İÇAC75, İFAC 84, KÇAC85, KFAC88 kodlu aktif karbonlar kullanılarak 30 oC ortam sıcaklığı, 100 mg/L çözelti başlangıç derişimi, 100 mL çözelti hacmi, 0.1 g aktif karbon miktarı ve farklı çalışma zamanları için (0, 5, 10, 30, 60, 90, 120 ve 150 dk.) deneysel çalışmalar yürülmüştür. Elde edilen veriler kullanılarak, adsorpsiyon işleminin kinetik davranışı aydınlatılmaya çalışılmıştır. Bu amaçla Bölüm 2’de teorileri verilen yalancı birinci derece kinetik model, yalancı

ikinci derece kinetik model, elovich ve partikül içi difüzyon modeli olmak üzere dört farklı kinetik model kullanılmıştır.

İncelenen modellere ait adsorpsiyon kinetiği grafikleri Şekil 4.36, Şekil 4.37, Şekil 4.38, Şekil 4.39’da verildiği gibidir.

a b

c d

e

Şekil 5.36.MM adsorpsiyonuna ait yalancı birinci dereceden kinetik modeli a-)İÇAC38, b-) İÇAC75, c-) İFAC 84, d-) KÇAC85, e-)KFAC88

a b

c d

e

Şekil 5.37.MM adsorpsiyonuna ait yalancı ikinci dereceden kinetik modeli a-)İÇAC38, b-) İÇAC75, c-) İFAC 84, d-) KÇAC85, e-)KFAC88

a b

c d

e

Şekil 5.38. MM adsorpsiyonuna ait Elovich kinetik modeli a-)İÇAC38, b-) İÇAC75, c-) İFAC 84, d-) KÇAC85, e-)KFAC88(MM derişimi: 100 mg/L, aktif karbon miktarı:0.1 g, giderim süresi:150 dk.)

a b

c d

e

Şekil 5.39.MM adsorpsiyonuna ait partikül içi difüzyon modeli a-)İÇAC38, b-) İÇAC75, c-) İFAC 84, d-) KÇAC85, e-)KFAC88

(MM derişimi:100 mg/L, aktif karbon miktarı:0.1 g, giderim süresi:150 dk.)

Şekil 4.36, Şekil 4.37, Şekil 4.38 ve Şekil 4.39’daki veriler yardımıyla hesaplanan kinetik sabitler Çizelge 4.39’da verildiği gibidir.

Kinetik modellerdeki standart sapma(∆q) Eşitlik 4.4 yardımıyla hesaplanmıştır (Vargas ve ark., 2011).

∆ = 100 ∑ , / , (4.4) qdeneysel,t ve qhesaplanan sırasıylat anındaki adsorpsiyon kapasitesi ve kinetik olarak hesaplanan adsorpsiyon kapasitesidir. N yapılan ölçüm sayısıdır.

Çizelge 5.39. MM adsorpsiyonuna ait kinetik modellere ait kinetik sabitler Yalancı birinci dereceden kinetik modeli

Aktif Karbon k1 (dk-1) R2 ∆q (%) İÇAC38 0.0192 0.959 0.598 İÇAC75 0.00193 0.986 3.99 İFAC 84 0.0219 0.965 4.47 KÇAC85 0.0116 0.965 7.121 KFAC88 0.0119 0.993 5.560

Yalancı ikinci dereceden kinetik modeli

Aktif Karbon k2 (L.mg-1.dk.-1) h R2 ∆q (%) İÇAC38 0.000295 1.179 0.968 8.727 İÇAC75 0.000499 1.227 0.975 6.177 İFAC 84 0.0041 1.023 0.988 1.595 KÇAC85 0.000841 1.399 0.925 1.749 KFAC88 0.000851 0.932 0.984 3.073 Elovich Modeli Aktif Karbon α β R2 ∆q (%) İÇAC38 0.0817 3.171 0.955 2.242 İÇAC75 0.0978 2.961 0.969 14.743 İFAC 84 1.891 0.307 0.980 0.81 KÇAC85 4.736 0.139 0.889 4.057 KFAC88 2.51 0.157 0.942 3.692

Partikül içi difüzyon modeli

İÇAC38 İÇAC75 İFAC 84 KÇAC85 KFAC88 kid,1 (mg.g-1.dk.-1/2) 4.22 3.074 5.398 6.06 3.746 kid,2 (mg.g-1.dk.-1/2) - - 14.878 1.327 1.872 kid,3 (mg.g-1.dk.-1/2) - - 123.202 3.778 4.454 C 2.52 3.303 2.124 4.962 1.334 R2 0.999 0.997 0.982 0.962 0.986 ∆q (%) 0.36 0.0737 1.183 1.897 1.432

Çizelge 4.39’dan görüldüğü gibi İÇAC38 kodlu aktif karbon için regresyon katsayısı yalancı ikinci derece kinetik model için kısmen yüksektir. Elovich kinetik model için regresyon katsayısı yalancı birinci/ikinci dereceden kinetik modeller için elde edilenler ile benzerlik göstermektedir. Bununla birlikte, standart sapma (∆q) değeri,

yalancı birinci derece kinetik modele kıyasla oldukça yüksektir. Bu sebeple deney verilerinin yalancı birinci birinci derece kinetik model ile temsil edilmesinin uygun olduğu sonucuna varılmıştır. Yalancı birinci derece kinetik model göre adsorpsiyon işlemi ilk 30 dakikada gerçekleşmektedir. İÇAC75 kodlu aktif karbon için de regresyon katsayısı daha yüksek ve standart sapması daha düşük olan yalancı birinci derece kinetik model tercih edilmiştir.

KÇAC85 ve KFAC88 kodlu aktif karbonlar için regresyon katsayısı yalancı birinci derece kinetik model için daha yüksek olmasına rağmen, yalancı ikinci dereceden kinetik modelin standart sapması yalancı birinci derece ve Elovich kinetik modele kıyasla daha küçük olduğundan, adsorpsiyon kinetiğinin yalancı ikinci dereceye daha çok uyduğu söylenebilir. Yalancı ikinci derece kinetik model; adsorbat ile aktif karbon arasında elektron paylaşımı veya değişimini içeren (Gyue ve ark., 2014; Njoku ve ark., 2014) ve genellikle kimyasal adsorpsiyon işlemleri için kullanılmaktadır (Ahmed ve Dhedan, 2012).

KÇAC85 ve KFAC88 kodlu aktif karbonlar için yalancı ikinci derece kinetik sabitlerinin küçük olduğu da tespit edilmiştir. Bu sonuç adsorpsiyon kapasitesinin yüksek olduğunu göstermektedir (Maghsoudi ve ark., 2015).

Yalancı ikinci derece kinetik model ile hesaplanan adsorpsiyon başlangıcındaki adsorpsiyon kapasitesi (h) KÇAC85 ve KFAC88 kodlu aktif karbonlar için sırasıyla 1.399 ve 0.932 mg/g olarak bulunmuştur.

İFAC84 kodlu aktif karbonu için regresyon katsayısının yalancı ikinci derece kinetik model için daha yüksek olmasına rağmen, Elovich kinetik model için hesaplanan standart sapma değeri daha düşüktür. Bu sebeple adsorpsiyon kinetiğinin Elovich kinetik model ile tanımlanmasının uygun olduğu düşünülmektedir. İFAC84 kodlu aktif karbon için Elovich kinetik model kullanılarak desorpsiyon kapasitesi (β) 0.307 mg/g olarak tespit edilmiştir.

Partikül içi difüzyon modeli, adsorpsiyon işlemini kontrol eden basamağın belirlenmesi amacıyla kullanılmaktadır ( Ahmed ve Dhedan, 2012).

Şekil 4.39 ve Çizelge 4.39’dan İÇAC38 ve İÇAC75 kodlu aktif karbonların kullanıldığı durumda partikül içi difüzyon modeli için bulunan regresyon katsayılarının yüksek olduğu görülmektedir. Bu durum adsorpsiyon işleminin partikül içi difüzyon modeline uyduğunu göstermektedir. Partikül içi difüzyon model için çizilen eğri orjinden geçiyor ise adsorpsiyon işleminde hız belirleyen adım difüzyon adımıdır

(Ahmed ve Dhedan, 2012; Cagnon ve ark., 2011). Şekil 4.39’dan görüldüğü gibi İÇAC38 ve İÇAC75 kodlu aktif karbonların kullanıldığı durumda, partikül içi difüzyon modeli için çizilen eğri orjinden geçmektedir. Bu sonuç, partikül içi difüzyon basamağının adsorpsiyon işlemini kontrol eden basamak olduğunu göstermektedir.

Partikül içi difüzyon modeli için çizilen eğrinin birden fazla lineer doğru ile ifade edilmesi halinde adsorpsiyon işleminin üç basamakta gerçekleştiği kabul edilmektedir ( Ahmed ve Dhedan, 2012; Cagnon ve ark., 2011).

 Birinci basamak, çok kısadır ve dış difüzyon kontrollüdür.

 İkinci basamak, kompleks bir adsorpsiyon basamağı olup partikül içi difüzyon kontrollüdür.

 Üçüncü basamak, adsorpsiyon işleminin dengeye geldiği basamak olup partikül içi difüzyon yavaşlamaktadır.

İFAC84, KÇAC85 ve KFAC88 kodlu aktif karbonların kullanıldığı MM adsorpsiyonuna ait veriler kullanılarak çizilen partikül içi difüzyon modeli grafiğinden difüzyon işleminin 3 basamakta gerçekleştiği görülmektedir. Her bir basamağın difüzyon katsayısı belirlenerek difüzyonu kontrol eden basamak tespit edilmiştir. Çizelge 4.39’dan görüldüğü gibi İFAC84, KÇAC85 ve KFAC88 kodlu aktif karbonlar için difüzyonu kontrol eden basamak ve difüzyon katsayısı sırasıyla 1. Basamak (dış dfüzyon ) 5.398; 2. Basamak (partikül içi difüzyon) 1.327 ve 2. Basamak (partikül içi difüzyon) 1.872 olduğu belirlenmiştir.

Çizelge 4.39’dan gibi İÇAC38, İÇAC75, İFAC84, KÇAC85 ve KFAC88 kodlu aktif karbonların kullanıldığı durumda partikül içi difüzyon sabiti C’nin küçük olduğu görülmektedir. Bu sonuç, aktif karbonun dış adsorpsiyon tabakasının ince olduğunu göstermektedir (Sreejalekshmi ve ark., 2009).

MM adsorpsiyon verilerinin seçilen kinetik modeller kullanılarak değerlendirilmesi sonucu her bir aktif karbon için en uygun kinetik model Çizelge 4.40’da toplu halde verildiği gibidr.

Çizelge 5.40. MM adsorpsiyonun da kullanılan aktif karbonlara ait verilerin en iy temsil edildiği kinetik modeller

Aktif karbon En uygun kinetik model

İÇAC38 Partikül içi difüzyon model-yalancı birinci derecekinetik model İÇAC75 Partikül içi difüzyon modeliyalancı birinci derece kinetik model

İFAC84 Elovich kinetik model

KÇAC85 Yalancı birinci derece kinetik model KFAC88 Yalancı birinci derece kinetik model