Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

ADSORPS İ YON. Adsorpsiyon olayı ilk olarak 1773 yılında C.W.Scheele tarafından gazlar için, 1785 yılında da Lowitz tarafından sıvılar için gözlenmiştir.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "ADSORPS İ YON. Adsorpsiyon olayı ilk olarak 1773 yılında C.W.Scheele tarafından gazlar için, 1785 yılında da Lowitz tarafından sıvılar için gözlenmiştir."— Sunum transkripti:

1 ADSORPS İ YON

2 Adsorpsiyon olayı ilk olarak 1773 yılında C.W.Scheele tarafından gazlar için, 1785 yılında da Lowitz tarafından sıvılar için gözlenmiştir. Bugün adsorpsiyonun birçok fiziksel, kimyasal ve biyolojik olaylarda çok önemli bir fenomen olduğu bilinmektedir. Adsorpsiyon sıvı-sıvı, gaz-katı veya sıvı-katı arayüzeyinde gerçekleşebilir. Bir maddenin, fazları teşkil eden maddelerden birinin yüzeyi üzerinde toplanmasına “adsorpsiyon”, yüzeyde tutulan maddeye “adsorbat”, maddeyi tutan yüzeye ise “adsorbent” adı verilmiştir. Aslında genel olarak maddenin bir ortamda tutulmasına “sorpsiyon” denilmektedir.

3 Aktif Karbonda bir maddenin fiziksel adsorpsiyonu

4 ADSORPS İ YON Adsorpsiyon yüzeysel tutulmayı, absorpsiyon ise hacimsel tutulmayı temsil etmektedir. Sorpsiyon olayında madde, bir fazdan diğerine doğru hareket eder ve fazların birinde birikir. Sorpsiyon tipleri Şekil 5.1 de gösterilmiştir. Grafikteki C e, göç eden maddenin konsantrasyonunu, q e ise birim adsorbent yüzeyi üzerinde tutulan madde miktarını göstermektedir.

5 ADSORPS İ YON MEKAN İ ZMALARI Adsorpsiyon olayını açıklarken temel olarak iki itici güç olduğunu düşünmektir. Bunlar; 1. Adsorbatın çözelti ile etkileşimi 2.Adsorbatın adsorbent ile etkileşimidir. 1. Adsorbatın çözelti ile etkileşimi Adsorpsiyonun gerçekleşmesinde önemli bir itici güç, sulu çözeltide bulunan adsorbatın hidrofilik (su seven) veya hidrofobik (su sevmeyen) özellikte olması ile ilgilidir. Hidrofilik karakterdeki maddeler, arayüzeye transfer olarak adsorbe olma eğilimi göstermezler. Yani bu maddelerin adsorpsiyonu daha zor gerçekleşir. Bu tip maddeler suyu sevdikleri için sulu çözeltide kalma eğilimi gösterirler. Buna karşılık hidrofobik maddeler suyu sevmedikleri için katı yüzeyine transfer olma eğilimi gösterirler.

6 ADSORPS İ YON MEKAN İ ZMALARI 2. Adsorbatın adsorbent ile etkileşimi Adsorbatın adsorbent ile etkileşimi adsorpsiyonun gerçekleşmesinde çok önemli bir rol oynar. Bu mekanizmada temel olarak üç tür adsorpsiyon olduğu bilinmektedir: 1. Elektrostatik adsorpsiyon, 2. Fiziksel adsorpsiyon, 3. Kimyasal adsorpsiyon 1. Elektrostatik adsorpsiyon Bu adsorpsiyon türü aslında iyon değiştirme işleminden başka bir şey değildir. Bu olayda çözeltideki bir iyon, adsorbentin yüzeyindeki yüklü sitelerdeki başka bir iyonu yerinden çıkararak oraya bağlanır. Burada etkin olan kuvvet, elektrostatik çekimdir. İyonun yükü ne kadar fazla ise adsorbent yüzeyindeki zıt yüklü siteye o kadar kuvvetle yönlenir.

7 ADSORPS İ YON MEKAN İ ZMALARI 2. Fiziksel adsorpsiyon Zayıf van der Waals çekim güçleri ile gerçekleşen adsorpsiyona “fiziksel adsorpsiyon” denir. Bu şekilde adsorbe olan bir adsorbat kolayca desorbe olabilir. Fiziksel adsorpsiyonda, molekül veya iyon, adsorbentin belirli sitelerine değil, yüzeyin her tarafına serbestçe bağlanabilir. Fiziksel adsorpsiyonda van der Waals çekiminden başka dipol-dipol ve hidrojen bağları gibi zayıf bağlar da söz konusu olabilir.

8 ADSORPS İ YON MEKAN İ ZMALARI 3. Kimyasal adsorpsiyon Adsorpsiyon olayı adsorbatın adsorbent ile kimyasal bir etkileşimi sonucunda meydana geliyorsa bu olaya“ kimyasal adsorpsiyon” veya “kemisorpsiyon” denir. Kimyasal adsorpsiyonda adsorbat ile adsorbent arasında oluşan bağ kovalent veya iyonik olabilir. Bu bağlar, fiziksel adsorpsiyonda oluşan bağlara göre daha kısa ve daha yüksek enerjilidir. Kimyasal adsorpsiyonda genellikle tek molekül tabakası şeklinde bir adsorpsiyon olur. Kimyasal bağ, adsorbent yüzeyindeki belirli site veya fonksiyonel gruplara has olabilir. Kimyasal adsorpsiyonda oluşan bağın enerjisi diğer adsorpsiyon türlerinin hepsinden daha fazladır.

9 ADSORPS İ YON İ ZOTERMLER İ Bir çok etkene bağlı olan adsorpsiyon olayındaki davranış, adsorpsiyon izotermi olarak adlandırılan bağıntılarla ifade edilmektedir. Sabit sıcaklıkta adsorbent tarafından adsorplanan madde miktarı ile denge basıncı veya konsantrasyonu arasındaki bağıntıya “adsorpsiyon izotermi” adı verilir. Adsorpsiyon devam ederken çözelti veya gaz fazında kalan madde ile adsorplanan madde arasında dinamik bir denge kurulur. Ortamda kalan ve adsorplanan madde miktarı arasındaki dağılım, q e (birim adsorbent kütlesi tarafından adsorplanan madde miktarı ) ile C e veya P(ortamda kalan madde konsantrasyonu veya basıncı) arasındaki değişim olarak gösterilir. Bu gösterim şekline adsorpsiyon izotermi adı verilmektedir.

10 ADSORPS İ YON İ ZOTERMLER İ Adsorpsiyon izotermlerinin birkaç çeşidi vardır. Şekil 1 de çok karşılaşılan adsorpsiyon izotermleri gösterilmiştir.

11 İ ZOTERM DENKLEMLER İ Deneysel yoldan belirlenen adsorpsiyon izotermlerini ve diğer adsorpsiyon verilerini degerlendirebilmek icin cok sayıda denklem türetilmistir. Freundlich izotermi Şekil 1 deki I.tip izotermlerde belli miktar adsorbent tarafından adsorplanan adsorbat miktarı, gazlarda adsorbatın basıncıyla, çözeltilerde adsorbatın konsantrasyonu ile hızla artar ve daha sonra katı yüzeyinin adsorbat molekülleriyle doymasıyla daha yavaş artış gösterir.Bu değişimi göstermek için Freundlich (1926) aşağıdaki bağıntıyı önermiştir: q e = (1)

12 İ ZOTERM DENKLEMLER İ burada, K F ve n : sabitler (n > 1 dir) C e = Dengede çözeltideki adsorbat konsantrasyonu q e = Birim kütledeki adsorbent üzerinde adsorplanan madde miktarı Freundlich denkleminin doğrusal hale getirilmiş şekli; (2) Adsorpsiyon olayı Freundlich izotermine uyuyorsa ln qe ile ln C e arasında çizilen grafik, bir doğru verir. Bu doğrunun ordinatı kestiği noktanın değerinden K F, doğrunun eğiminden ise n sabiti hesaplanır.

13 İ ZOTERM DENKLEMLER İ Langmiur izotermi Langmiur denklemi aşağıdaki gibi verilebilir; (3) Burada, a L = Adsorpsiyon enerjisi veya entalpisi ile ilgili bir sabit (a L α e - ∆H/RT ) Q max = Maksimum adsorpsiyon kapasitesi

14 İ ZOTERM DENKLEMLER İ C e /q e ile C e arasında arasında çizilen grafikler doğru verir. Bu doğruların eğiminden Langmiur sabitleri bulunur

15 Bakırın mimoza tanin reçinesi üzerindeki Langmiur izotermi

16 SAB İ T YATAKLI ADSORPS İ YON KOLONLARI Pratikte, atıksu arımında sabit yataklı adsorpsiyon kolonları kullanılır.Çünkü, 1. Kesikli sistemdeki gibi adsorbent ayırma işlemi yoktur 2. Daha etkili adsorpsiyon yapılır 3. İşletme esnekliği vardır Sabit yataklı bir adsorpsiyon kolonu sabit duruma ulaşmayan bir sistem olarak düşünülebilir.Yani, kolondan geçen su miktarı arttıkça sanki, adsorbent de gittikçe artan oranda uzaklaşmakatdır. Başlangıçta su kolondan geçerken hemen üst tabakada adsorpsiyon olur. Suyun kolondan geçemeye devam etmesiyle, adsorpsiyon tabakası aşağıya doğru hareket eder.Bu tabaka,kolonun dibine yaklaşırken, çıkış konsantrasyonu artar. Maksimum çıkış konsantrasyonuna ulaşılmadan hemen önce konsantrasyon artışı aniden artar. Bu noktaya ”kırılma noktası” denir.

17 SAB İ T YATAKLI ADSORPS İ YON KOLONLARI Adsorpsiyon tabakası, kolonun alt tarafına doğru ilerlerken, çıkış konsantrasyonu giriş konsantrasyonuna eşitleninceye kadar artmaya devam eder. Kırılma noktası zamanı; 1. Yatak yüksekliği azaldıkça azalır 2. Asorbentin tane büyüklüğü arttıkça azalır 3. Akış hızı arttıkça azalır 4. Giriş konsantrasyonu arttıkça azalır. Adams ve Bohart, sabit yataklı adsorpsiyon kolonlarında kullanılan, yüzey- reaksiyon-hız teorisine dayanan bir formül geliştirmişlerdir.

18 SAB İ T YATAKLI ADSORPS İ YON KOLONUNDA KIRILMA NOKTASI Bir adsorpsiyon kolonunda çıkış konsantrasyonunun zaman bağlı değişimi ve kırılma noktası aşağıdaki grafikte görülmektedir.

19 SAB İ T YATAKLI ADSORPS İ YON KOLONU İ Ç İ N ADAMS-BOHART DENKLEM İ Burada, t = Servis süresi V= Suyun kolondaki akış hızı X= Yatak derinliği K=Sabit N o = Adsorplama kapasitesi C o = Giriş konsantrasyonu C B = Çıkış konsantrasyonu

20 SAB İ T YATAKLI ADSORPS İ YON KOLONU İ Ç İ N ADAMS-BOHART DENKLEM İ N o ve K katsayıları, bir seri laboratuvar çalışması ile bulunur. Değişik yatak derinlikleri ve değişik hızlarda yapılan laboratuvar çalışmalarından t ile X arasında çizilen grafikler birer doğru verir.Bu doğruların eğiminden N o, doğruların ordinatı kestiği değerlerden ise K katsayısı hesaplanır. Aşağıdaki denklemlerden N o N o = C o.V.Eğim ve K, bulunur.

21 ADSORPS İ YON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ Adsorpsiyon kolonlarının projelendirilmesinde iki yol vardır; 1. İzoterm denklemlerinden 2. Adams-Bohart denkleminden 1. İzoterm denklemleri ile projelendirme Birinci yöntem yaklaşık olarak adsorbent miktarı ve kolonun servis süresini bulmayı sağlar.Adsorbentin birim hacmi tarafından arıtılabilen suyun hacmi aşağıdaki denklemle hesaplanabilir.

22 ADSORPS İ YON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ (4) Burada, C o =Giriş konsantrasyonu(mg/L) C 1 =Ortalama çıkış konsantrasyonu (mg/L) q e = Adsorbentin birim kütlesinin adsorpladığı madde miktarı (mg/g) ρ = Adsorbentin yoğunluğu (g/L) Madde kuvvetli olarak adsorplanıyorsa C 1 = 0 olarak kabul edilebilir. Bu durumda keskin bir kırılma eğrisi elde edilir. Eğer madde tam olarak adsorplanmıyorsa, C 1 belli bir değeri vardır.

23 ADSORPS İ YON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ Arıtılan birim su hacmi başına kullanılacak olan adsorbent miktarı aşağıdaki denklemle hesaplanabilir: (5) Burada, ADSO = Adsorpsiyon oranı (g/L) Örnek: Bir suda 10 μg/L bromoform uzaklaştırılmak isteniyor. Bunun için bir adsorpsiyon kolonunda granül aktif karbon (GAK) kullanılıyor. Adsorpsiyon Freundlich izotermine uymaktadır. Kolonun servis süresinde arıtacağı suyun hacmini ve ADSO yu hesaplayınız (K=20 mg/g; 1/n=0.52; ρ GAK =500 g/L)

24 ADSORPS İ YON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ Çözüm; AdsorpsiyonFreundlich izotermine uyduğundan (1) denkleminden, q e = q e = (20 mg/g) (0.01 mg/L) 0.52 = 1.82 mg/g C 1 = 0 kabul edilirse, (4) denkleminden, ADSO (5) denkleminden hesaplanır,

25 ADSORPS İ YON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ 2. Adams-Bohart denklemiyle projelendirme Endüstride ABS (alkil benzen sülfonat) içeren bir atıksudan ABS adsorpsiyonu için bir adsorpsiyon kolonu projelendirilecektir. Kolonda adsorbent olarak GAK kullanılacaktır. Kolon projesinde kullanılmak üzere Adams-Bohart katsayılarını bulmak için laboratuvar ölçekli kolonlarda bir seri deney yapılmıştır. Bu kolonların çapı 2.54 cm dir. Laboratuvarda 10 ppm ABS çözeltisiyle çalışılmıştır. Laboratuvar deneylerinden elde edilen sonuçlar aşağıdaki tabloda verilmiştir.

26 ADSORPS İ YON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ Tablo 1. Değişik kolonlarda 10 ppm ABS nin adsorpsiyon verileri (Kırılma noktasında konsantrasyon 0.5 ppm)

27 ADSORPSİYON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ Tablodaki verilerden yaralanarak, 1.Adams-Bohart katsayılarını hesaplayınız 2. Endüstriyel atıksuyu arıtmak için m yüksekliğinde ve m çapında bir kolon kullanılacaktır. Atıksu 10 ppm ABS içermektedir.Kolondan çıkan suda 0.5 ppm ABS içermektedir. Atıksuyun debisi m 3 /hafta dır.Buna göre, Kolonun servis süresini Servis süresinde arıtılan toplam su hacmini Bir yılda kaç defa GAK değişimi yapılacağını Kolonun adsorpsiyon verimini, hesaplayınız

28 ADSORPSİYON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ 1. Laboratuvar adsorpsiyon kolonunun kesit alanı : A= ( / 2) = m 2 Arıtılan hacimlerden yararlanarak kolonların servis Süreleri bulunmuş ve Tablo 2 de verilmiştir. Konsantrasyonlar kg/m 3 olarak ifade edilir. C o =(10 mg/L)(10 -3 )=0.01 kg/m 3 Tablo 2 deki değerlerle, yatak derinliği ile servis süresi arasında grafik çizilir

29 ADSORPSİYON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ

30 Kolonların servis süresi ile derinliği arasındaki değişim

31 ADSORPSİYON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ Grafikteki doğruların eğiminden; m/saat için: N o = C o.V= (0.01 kg/m 3 )( m/saat)(1434 saat/m) = kg/m m/saat için: N o = = kg/m m/saat için: N o = = kg/m 3 Grafikteki doğruların kesim noktaları bulunur,

32 ADSORPSİYON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ m/saat için; b= -630 ; K = Diğer noktalar için de K lar bu şekilde hesaplanır

33 ADSORPSİYON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ m çapta, m yükseklikte endüstriyel adsorpsiyon kolonunun yüzey alanı: Kolondaki suyun akış hızı: m 3 /hafta.

34 ADSORPSİYON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ Endüstriyel kolon için K ve N o katsayılarını bulmak için, aşağıdaki grafikler çizilir.

35 ADSORPSİYON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ Grafiklerden N o = 72 (kg ABS/ m 3 C), K = 0.78 bulunur.

36 ADSORPSİYON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ Kolonun servis süresi hesaplanır; t =638 saat m 3 /saat akış hızında kırılma noktası öncesinde arıtılan toplam hacim: (638).(3.154)= 2012 m 3 Yıllık arıtılan su hacmi: (378.5) ( 52)= m 3

37 ADSORPSİYON KOLONLARININ PROJELEND İ R İ LMES İ Yıllık karbon değişimi: / 2012 ≅ 10 defa Yatak verimi: Toplam adsorplanan ABS = (2012 m 3 ) ( ) = kg Toplam kapasite = N o. Yatak hacmi Yatak hacmi = ( m 2 ) ( m) = m 3 Toplam kapasite = (72 kg ABS/m 3 C) ( m 3 ) = 31.9 kg % verim = (19.11/31.9) 100 = % 60


"ADSORPS İ YON. Adsorpsiyon olayı ilk olarak 1773 yılında C.W.Scheele tarafından gazlar için, 1785 yılında da Lowitz tarafından sıvılar için gözlenmiştir." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları