Sivas İli Nanokil İle Kadmiyum (II) Adsorpsiyonunda İzotermik ve Termodinamik Yaklaşımlar

Abstract

Bu çalışmada atık sulardaki ağır metallerin uzaklaştırılması için en uygun yöntemlerden biri olan adsorpsiyon yöntemi tercih edilmiş ve kadmiyumun çözeltiden giderimi için adsorban olarak Sivas Yıldızeli bölgesinden alınan kilin öğütülmesi ile elde edilen nanokil Sivas Nano Clay (SNC) kullanılmıştır. Nanokilin karakterizasyonu için; XRD, SEM-EDX, BET ve TGA analizleri yapılmıştır. Adsorplayıcının yüzey alanı 153.364 m2g-1 olarak,gözenek boyutu 3.835 nm olarak ölçülmüştür. Adsorpsiyonu etkileyen parametrelerden sıcaklık, adsorban miktarı ve hız gibi parametreler incelenmiştir. Temas süresi 180 dk olarak belirlenmiştir. Adsorpsiyon dengesi üzerine yapılan çalışmalar ise, Langmuir, Freundlich, Temkin ve Dubinin-Radushkevich izoterm modellerine uygulanmıştır. İzoterm modelleri ile ilgili yapılan regresyon sonucunda adsorpsiyonun Temkin modeline uyduğu tespit edilmiştir. Nanokilin adsorplama kapasitesi 298, 308 ve 318 K sıcaklıkları için 53.48, 49.50 ve 48.54 gmg-1 olarak belirlenmiştir. Adsorpsiyon termodinamiği çalışması ΔG° değerleri 298, 308, 318 K için sırasıyla -26.553, -27.673, -28.796 kJmol-1 ΔH° değeri 6,823 kJmol-1 ve ΔS° değeri 0.112 kJmol-1K-1 olarak bulunmuştur. ΔH°’ın pozitif değerli oluşu olayın endotermik olduğunu göstermektedir. Pozitif değer ayrıca olayın kimyasal olduğunu göstermektedir. ve ΔG°’ın negatif işarete sahip olması olayın kendiliğinden yürüdüğünü göstermektedir.

Keywords

• Nanokil
• Adsorpsiyon
• Kadmiyum
• Temkin
• Adsorpsiyon Termodinamiği

Isothermic and Thermodynamic Approaches in Cadmium (II) Adsorption with Sivas Province Nanoclay

Abstract

In this study, the nano clay obtained by grinding clay from Sivas Yıldızeli region, Sivas Nano Clay (SNC), was used as adsorbent for the removal of cadmium from the solution. For the characterization of nano clay; XRD, SEM-EDX, BET and TGA analyses were performed. The surface area of the adsorbent was measured as 153.364 m2/g and the pore size as 3.835 nm. Parameters affecting adsorption such as temperature, adsorbent amount and speed were investigated. The contact time was determined as 180 min. The studies on adsorption equilibrium were applied to Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevich isotherm models. As a result of the regression on the isotherm models, it was found that the adsorption fit the Temkin model. The adsorption capacity of nano clay was determined as 53.48, 49.50 and 48.54 gmg-1 for 298, 308 and 318 K temperatures. Adsorption thermodynamic study, ΔG° values were found to be -26.553, -27.673, -28.796 kJmol-1 ΔH° value 6,823 kJmol-1 and ΔS° value 0.112 kJmol-1K-1 for 298, 308, 318 K, respectively. The positive value of ΔH° indicates that the event is endothermic. The positive value also indicates that the event is chemical. The negative sign of ΔG° indicates that the event is spontaneous.

Keywords

• Nanoclay
• Adsorption
• Cadmium
• Temkin
• Adsorption Thermodynamics

References

1. Onursal, N., Dal, M. C., Kul, A. R., & Yavuz, Ö. (2020). Cu(II) İyonlarının Doğal Karışık Tipteki Kil İle Sulu Ortamdan Uzaklaştırılması, İzoterm, Kinetik ve Termodinamik Parametrelerin İncelenmesi. Euroasia Journal of Mathematics, Engineering, Natural & Medical Sciences, 85-103.
2. Okumuş, E. (2007). Küçükçekmece Gölü Sedimentinde Ağır Metal (Zn2+, Fe2+, Cu2+) Adsorpsiyonu. Yıldız teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü/Yüksek Lisans Tezi. İstanbul: Yıldız teknik Üniversitesi.
3. Karslı, U. (2019). Yüzey Modifiyeli Şeker Pancarı Küspesi Adsorbentle Cr(VI) İyon Adsorpsiyonunun Kesikli Ve Sürekli Sistemlerde İncelenmesi. Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü- Yüksek Lisans tezi. Ankara: Hacettepe Üniversitesi.
4. Buldağ, E. (2018,). Nikel(II) ve Mangan (II)’nin Sulu Çözeltiden Klorit İhtiva Eden Killerle Uzaklaştırılması. Yüksek Lisanas/Dicle Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü . Diyarbakır: Dicle Üniversitesi.
5. Dal, M. C. (2022). Adsorpsiyon Dengesi Ve İzoterm Modelleri. Fen Bilimleri ve matematik Alanında Yeni Trendler. içinde İzmir: Duvar yayınları.
6. Alacabey, İ. (2014). Doğal ve aktive edilmiş Van Gölü sediment (dip çamuru) örneklerinin bazı ağır metallerle adsorspsiyonunun izoterm ve termodinamik analizi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü/Yüksek Lisan Tezi. Van: Yüzüncü Yıl Üniversitesi .
7. Maroto, M. M., & Azcárate, J. A. (2018). What is clay? A new definition of “clay” based on plasticity and its impact on the most widespread soil classification systems. Applied Clay Science, 57-63.
8. Onursal N, Altunkaynak Y, Baran A, Dal MC. Adsorption of nickel(II) ions from aqueous solutions using Malatya clay: Equilibrium, kinetic, and thermodynamic studies. Environ Prog Sustainable Energy. 2023;e14150. doi:10. 1002/ep.14150.

9. Canpolat M. , Altunkaynak Y. , Yavuz Ö. Kimyasal olarak işlenmemiş Midyat taşı kullanılarak sulu çözeltilerden Pb(II) iyonlarının etkin bir şekilde uzaklaştırılması: İzoterm, kinetik ve termodinamik çalışmalar. NÖHÜ Müh. Bilim. Derg.. 2022; 11(4): 1085-1096.
10. Kaştan, A.,Y. Yalçın, H. Ünal ve Ş. Talaş, (2015).PA 6/ YYPE / Nanokil Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi,» Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, pp. 9-20.
11. Celep, Ş., & Koç, E. (2008). Nanoteknoloji ve Tekstilde Uygulama Alanları. Ç.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü, 43-52.
12. Güneşoğlu, C., & Kut, D. (2005). Nanoteknoloji ve Tekstil Sektöründeki Uygulamaları (Nano Tekstiller). Mühendis ve Makina, Cilt 50, sayı 591, 25-34.
13. Özbolat, G., & Tuli, A. (2016). Ağır Metal Toksisitesinin İnsan Sağlığına Etkileri. Ç.ü. Tıp fakültesi, Arşiv Kaynak Tarama Dergisi, 502-521.
14. Tchounwou, P. B., Yedjou, C. G., Patlolla, A. K., & Sutton, D. J. (2014). “Heavy Metals Toxicity and the Environment,. Molecular Clinical and Environmental Toxicology, 101., 133-164.
15. Altunkaynak Y. , Canpolat M. Sulu Çözeltilerden Nikel(II) İyonlarının Uzaklaştırılmasında Portakal Kabuğu Atığının Kullanılması: Denge, Kinetik Ve Termodinamik Çalışmalar. JARNAS. 2022; 8(2): 322-339.
16. Altunkaynak, Y. Effectively removing Cu(II) and Ni(II) ions from aqueous solutions using chemically non-processed Midyat stone: equivalent, kinetic and thermodynamic studies. J IRAN CHEM SOC 19, 3357–3370 (2022). https://doi.org/10.1007/s13738-022-02529-4.
17. Onursal, N., Dal, M.C. (2023). Investigation of isotherm and thermodynamic parameters of adsorption of copper (II) ions in aqueous solution with natural mixed type Siirt clay (NMTSC-2) and new (second) linear equation derived from Harkins–Jura isotherm. Chem. Pap. https://doi.org/10.1007/s11696-023-03116-4
18. Dal, M.C., Onursal, N. (2023). Two new linearized equations derived from a pseudo-second-order kinetic model. Desalination and Water Treatment. doi: 10.5004/dwt.2023.29992
19. Babamuradov, A. (2022). Cevher hazırlama Tesis Proje. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü, (ESOGÜ-CHTP-2022). Eskişehir: Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü.
20. Coşan, D. T., Dal, A., Soyocak, A., Çolak, E., Çiçek, A., & Kurt, H. (2017). Kadmiyum Toksisitesi Oluşturulan Sıçanlarda Tannik Asitin, Ağır Metal Giderimi Ve Bazı Biyokimyasal Değerler Üzerine Etkisinin Araştırılması. Kocatepe Tıp Dergisi, 18, 146-153.
21. Rosca, M., Diaconu, M., Hlihor, R., & Petronela, C. (2020). Prediction of Equillibrium Sorption Isotherm for Cadmium Biosorption by Microorganisms: Comparison of Linear and Nonlinear Methods. 2020 International Conference on e-Health and Bioengineering (EHB) (s. 1-4). Romania, : DOI:10.1109/EHB50910.2020.9280180.
22. Ehiomogue, P., Ahuchaogu, I. I., & Ahaneku, I. E. (2022). Revıew Of Adsorptıon Isotherms Models. Acta Technica Corwiniensis-Bulletin of Engineering-Fascicule .4, 87-96.
23. Okumuş, Ç. Z., & Doğan, T. H. (2019). Biyodizeldeki Suyun Reçine ile Uzaklaştırılması: Adsorpsiyon. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, Sayı 15, 561-570.
24. Saloğlu, D. (2019). Mikro Kirletici Naproksenin Atık Sulardan Spirulina platensis ile Modifiye Edilmiş Kitosan-Polivinilalkol Biyokompozitleri ile Adsorpsiyonu. BEÜ Fen Bilimleri Dergisi, 8(2)., 506-520.
25. Altunkaynak, Y., Canpolat, M. & Yavuz, Ö. Adsorption of cobalt (II) ions from aqueous solution using orange peel waste: equilibrium, kinetic and thermodynamic studies. J IRAN CEMH SOC 19, 2437–2448 (2022). https://doi.org/10.1007/s13738-021-02458-8.