Sıvı faz uygulamaları

Sıvı faz uygulamaları günümüzde en çok suların arındırılmasında, kimyasalların saflaştırılmasında, ilaç ve gıda endüstrilerinde ve tıbbi amaçlı olarak kullanılmaktadır.

Ayrıca sindirim sitemi içerisindeki hastalıkların tedavisinde, bakteriyel toksinlerin tıbbi olarak adsorpsiyonunda, böbrek yetmezliği veya zehirlenmelerde hasta kanının diyaliz edilmesinde sıvı faz uygulamaları kullanılmaktadır (Patrick, 1995). Şekil 3.13’de aktif karbonun sıvı faz uygulamaları oransal olarak verilmiştir (Kirschner, 2003, 2006).

Şekil 3.13. Aktif karbonun sıvı faz uygulama oranları

Sıvı faz uygulamalarında kullanılan aktif karbonlar gaz faz uygulamalarında kullanılanlara göre farklılık göstermektedir. Bu türdeki aktif karbonlarda makro difüzyonunu sağlamaktadır. Aktif karbonun sıvı faz uygulamaları Çizelge 3.3’te verilmiştir (Uzun, 2008).

Çizelge 3.3. Aktif karbonun sıvı faz uygulamaları

Endüstri Tanımı Tipik kullanımı

İçilebilir su

atık sular Çıkan suların çevre için uygun hale getirilmesi

Alkoller İçilebilir su işlemleri Fenol ve trihalometanların uzaklaştırılması

Son yıllarda sentetik organikler su kaynaklarında bolca gözlenmektedir. Bu bileşikler klorlama esnasında oluşmaktadır. İçilebilir su kaynaklarındaki bozulmayla birlikte su arıtımında klorlama artmıştır. Halojen organikler gibi suyun tat ve kalitesini bozan zararlı yan ürünlerin oluşumu istenmeyen etkiler oluşturmaktadır. Örneğin klorlama sonrasında yer altı suyundaki klorun ve hümik asidin reaksiyona girmesiyle klorafenol ve halometan oluşmaktadır. Bu nedenle günümüzde içme suyu arıtımında klorlama yerine granüler aktif karbonların kullanıldığı sistemler tercih edilmektedir.

Pestisitler gibi yüzlerce sentetik kimyasal içme suyu kaynaklarında bulunmaktadır. Trihalometan, deterjan, pestisit, herbisit, eser miktardaki metaller, poli aromatik hidro karbonlar, kötü koku ve tat veren bileşikler gibi düşük çözünürlüklü bileşenlerin uzaklaştırılması için granüler aktif karbon işlemleri en uygun tekniklerden biridir. Fakat nitrat gibi inorganik tuzların ve yüksek çözünürlüklü kirliliklerin gideriminde çok etkili değildir.

Günümüzde içilebilir su kaynaklarının temizlenmesinde kum içeren filtre sistemleri yerine aktif karbon içeren sistemlerin kullanımı artmıştır. Ozonlama işlemlerinde kum ve aktif karbondan oluşan ikili filtreler kullanılmaktadır. İkinci filtrasyon olan aktif karbon filtrasyonundan sonra ozonlama uygulanmaktadır.

Granüler aktif karbonun su arıtımında kullanılmasının önemli nedenleri şunlardır;

• Adsorpsiyon kapasitesi ve seçicilik

• Isıl kararlılığının yüksek olması

• Taşıma ve kullanım esnasında aşınmaya karşı direnci yüksek oluşu

Endüstriyel ve evsel atık suların arıtımında granüler aktif karbonlar kullanılır.

Atık arıtım tesislerinde birçok başarılı uygulamaları görülmektedir. Fakat aynı zamanda dezavantajları da bulunmaktadır. Genellikle problemler karbonun adsorpsiyon özelliğinden çok mekanik doğasından kaynaklanmaktadır ve bu problemler içilebilir sulardan daha çok atık su arıtımında görülmektedir.

Kirleticilerin boyutları dikkate alındığında, 0,6-0,8 nm büyüklüğündeki düşük çözünürlüklü organik moleküller mikro gözenekler tarafından, 1,5-3 nm çapındaki boya molekülleri, hümik asitler ve su içerisindeki fiziksel kirliliklerin birçoğu aktif karbonlar tarafından giderilmeye uygundur (Patrick, 1995).

Aktif karbonun ikinci ana kullanımı ise şeker ve gıdalardan renk giderimidir. 1.

Dünya Savaşı’ndan önce aktif karbonun gelişim sürecinde asıl amaç ham şekerden renk

giderimini gerçekleştirmekti. Günümüzde ise şeker ve tatlandırıcı ürünlerin üretiminde ham şeker ve tatlandırıcılar içindeki yüksek ve düşük molekül ağırlıklı renk moleküllerinin arındırılması için kullanılmaktadırlar. İstenmeyen renk oluşumu ham maddeden ve rafine işleminden kaynaklanır. Karbonlar hidroksimetilfurfural gibi maddelerin renk gideriminde, aynı zamanda yüksek moleküler ağırlıklı köpük ajanı (protein yapılı maddeler) olan maddelerin gideriminde kullanılırlar. Bir diğer benzer ve önemli uygulama alanı ise yenilenebilir yağlardaki kötü koku, renk ve tadın arındırılmasıdır (Patrick, 1995).

Altın ve gümüş gibi atık sudaki ağır metal kirliliklerin uzaklaştırılmasında aktif karbon kullanılmaktadır. Aktif karbonların metal katyonları gibi inorganik maddeleri adsorplama özelliği aktif karbonun yüzeyindeki oksijen, azot, halojen ve sülfür gibi hetero atomlardaki iyon değiştirme özelliğinden kaynaklanmaktadır. Bu hetero atomlar karbon-oksijen, karbon-azot, karbon-halojen ve karbon-sülfür fonksiyonel gruplarının içeriğindeki karbon yüzeyi ile bağ oluştururlar. Bütün bu yüzey grupları, sıvı fazdaki inorganiklerin adsorpsiyonunu etkilemektedir. Özellikle karbon-oksijen yüzey grupları en etkili ve önemlisidir. Karbon-oksijen yüzey grupları, karbonların yüzey oksidasyonu ile önemli ölçüde gelişebilir. Bu oksidasyon ajanları sulu çözeltilerde nitrik asit, amonyum persülfat, hidrojen peroksit ve sodyum hipoklorit, gaz fazda ise oksijen ve havadır. Karbon-oksijen yüzey gruplarındaki oksidatif arıtma, asidik ve nötral karakterdedir. Asidik yüzey grupları polardır ve karbonun iyon değişim özelliğini arttırmaktadır. Bu sebeple de katyonların adsorpsiyonunu arttırmaktadır. Okside aktif karbonlar atık sulardan ağır metal gideriminde, içme suyu arıtımında, altın ve gümüş gibi metallerin geri kazanımında ve inorganik tuzlu çözeltilerin arıtımında giderek önem kazanmaktadır (Bansal and Goyal, 2005).

Birçok metal bileşiklerinin adsorpsiyonu bileşik ile karbon arasında kimyasal bir bağ oluşumunu içerir. Dolayısıyla burada karbon kimyası çok önemlidir. Çözeltideki altın siyanürünün adsorpsiyonu bu tür uygulamalara iyi bir örnektir. Buharla aktive edilmiş karbonlar, özellikle altın siyanürü üzerine yüksek çekim gücüne sahiptir.

Kimyasal yolla aktive edilmiş karbonlar her durumda daha gözenekli olabilmelerine rağmen altın siyanürüne buharla aktive edilmiş karbonların uyguladığı kadar çekim

uygulamazlar. Değişik tipteki buharla aktive edilmiş birçok karbon arasında küçük fakat anlamlı farklılıklar bulunur. Bu farklar, kimyasal yapıdaki farklılıklardan ve üretim metotlarındaki farklılıklardan dolayı gerçekleşir (Küçükgül, 2004).

İçme suları ve havada bulunan kirleticilerden biri olan kurşun giderimi aktif karbonun ağır metal uygulamalarından biridir. Yakıtlarda bozunma karşıtı ajan olarak kurşun formu kullanıldığından otomobil emisyonları havada kurşun kirliliğine sebep olmaktadır. Endüstrileşmiş ülkelerde, kentleşmenin yoğun olduğu şehirlerde problem alarm seviyesine gelmiştir. Kurşun işletmelerinden atılan atık sular ve özellikle kurşun pil üretim sistemlerinin geri dönüşüm endüstrileri sulardaki kurşun kirliliklerine sebep olurlar. Sulardaki kurşun miktarı tolerans limiti olan 50mg/l’den oldukça yüksektir.

Sonuç olarak aktif karbon kullanılarak sulardan kurşunun uzaklaştırılması çalışılması gereken bir konudur (Bansal and Goyal, 2005).

Günümüzde 100.000'in üzerinde sentetik boya ticari olarak kullanılmakta ve yılda 700.000 ton boya üretimi yapılmaktadır. Sentetik boyalar ve pigmentler tekstil, boya, kağıt, baskı, plastik, gıda ve kozmetik endüstrilerinde geniş ölçüde kullanılmaktadır (Aroguz, et.al., 2008). Gerek üretim, gerekse kullanımı sırasında arta kalan boya miktarı göz önünde bulundurulduğunda renkli atık suların çevresel açıdan ne kadar önemli olduğu gerçeği ortaya çıkmaktadır.

Renkli atık suların doğrudan alıcı ortamlara deşarj edilmesinin kontrolsüz anaerobik şartlarda toksik-karsinojeni aromatik aminlerin oluşması gibi birincil çevresel etkinin yanı sıra estetik açıdan çevreye zarar vermesi gibi ikincil bir etkisi de vardır (Karapınar Kapdan ve Kargı, 2000).