ADSORPSİYON (ADSORPTION) Adsorpsiyon: Yüzeyde tutma Bir fazda bulunan iyon ya da moleküllerin, bir diğer fazın yüzeyinde yoğunlaşması ve birikmesi işlemi adsorpsiyon olarak tanımlanır. Adsorbent ya da sorbent: Tutan madde Adsorbat ya da sorbat: tutulan madde (Not: Absorpsiyon: Emme/içine alma) Adsorpsiyon, herhangi bir çözeltiden belirli bir maddenin (adsorbatın) uzaklaştırılması için bir adsorbentın (soğurucunun) kullanılmasından oluşan yöntemdir. Su arıtımında, ileri atıksu arıtımında ve organik atıkları içeren endüstriyel atıksuların arıtımında yaygın olarak kullanılan adsorbent Aktif Karbon’dur. Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
Fiziksel adsorpsiyon; Adsorpsiyon Türleri Fiziksel adsorpsiyon; “Van Der Walls” bağlarının oluşumu ile olur. Adsorpsiyon sıcaklıkla azalır. Kimyasal adsorpsiyon; Kimyasal bağ oluşumu var. Adsorpsiyon sıcaklıkla artar Elektrostatik adsorpsiyon; Adsorbat ile adsorbent yüzey arasındaki elektriksel çekim ile olmaktadır. Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
Adsorbentler Aktif Karbon Aktif Alumina Silika jel Sentetik polimerler Zeolit Moleküler elek Toprak, kil, bentonit... ... Şekil. Sıvı içinde saçılan moleküllerin derişimleri ile arakesiti kateden madde miktarı arasındaki ilişki Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
GAC ve PAC türü aktif karbonun karşılaştırılması Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
Adsorpsiyon Aşamaları Adsorpsiyon üç aşamada gerçekleşir; Makro Taşınım (film difüzyonu): Difüzyon etkisiyle suda çözünmüş maddenin sıvı-katı kesişim yüzeyine hareketi makro transport aşamasıdır. Mikro taşınım (gözenek difüzyonu): Mikro transport adsorbatın mikro veya daha küçük açıklıklarına hareketidir. Sorpsiyon (kılcal yapı boşluklarında adsorpsiyon): İnorganik veya organik maddelerin adsorbentin yüzeyine adsorpsiyonu. <10Angsrom ise Mikropor; 10-500 Angs. ise mezopor; >500Angs. ise makropor. Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
AC’da Organik Maddelerin Adsorplanmasının Şematik Gösterimi Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
Adsorpsiyon İzotermleri Adsorpsiyon, adsorbant yüzeyde biriken madde konsantrasyonu ve çözeltide kalan madde konsantrasyonu arasında bir denge oluşuncaya kadar devam eder. Matematiksel olarak bu denge adsorpsiyon izotermleri ile açıklanabilir. Adsorpsiyon izotermleri; - Freundlich izotermi - Langmuir izotermi - BET (Brunauer, Emmet, Teller) izotermi Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
Organik Maddelerin Adsorplanabilirlik Durumu Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
Freundlich İzotermi Ce: Adsorpsiyon sonrası çözeltide kalan madde konsantrasyonu (mg/L) x/m=qe: Birim adsorbant üzerine adsorplanan madde miktarı (mg/g) Kf: Freundlich kapasite faktörü=(mg absorbat/g aktif karbon)(L su/mg adsorbat)1/n 1/n: Freundlich yoğunluk parametresi. V: Çözelti hacmi, L Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
Bazı Organik Maddelerin Freundlich İzoterm Sabitleri Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
Ce: Adsorpsiyon sonrası çözeltide kalan maddenin konsantrasyonu (mg/l) Langmuir İzotermi Ce: Adsorpsiyon sonrası çözeltide kalan maddenin konsantrasyonu (mg/l) x/m=qe: Birim adsorbant üzerine adsorplanan madde miktarı (mg/g) a ve b: Deneysel sabitler Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
BET(Brunauer – Emmett – Teller ) İzotermi Brunaur, Emmett ve Teller tarafından geliştirilen BET izotermi, çok tabakalı adsorpsiyonun açıklanabilmesi için, Langmuir izotermine göre daha kullanışlıdır. Bu model, adsorbentin yüzeyde birden fazla tabaka oluşturduğunu varsaymaktadır ve bu açıdan Langmuir izoterminin her bir tabakaya uygulanmış şekli olarak ifade edilebilir. Bir adsorpsiyonunun hangi izotermle daha iyi açıklandığının bulunması için deneysel olarak elde edilen veriler tüm izoterm denklemlerine uygulanıp grafiğe dökülür. Bir veya daha fazla izoterm de, deneysel verilerle uygunluk gösterebilir. BET denklemi aşağıdaki eşitlikle gösterilmektedir: Denklem düzenlenerek aşağıdaki lineer eşitlik elde edilir. Denklemlerdeki B ve sabitler olup yandaki lineerize edilmiş grafik yardımıyla hesaplanabilir. Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
Adsorpsiyon verilerinin analizi Granular aktif karbon (GAC) (Adsorbant ya da sorbant) miktarı, m, gram Adsorbatın (ya da sorbatın) solüsyondaki denge konsantrasyonu, Ce, mg/L 3,37 0,001 3,27 0,01 2,77 0,1 1,86 0,5 1,33 Yanda verilen tablo, 3.37 mg/L adsorbat bulunan çözeltinin GAC ile yapılan kesikli adsorbsiyon test sonuçlarını ifade etmektedir. Testlerde kullanılan sıvı (çözelti) hacmi 1Litre. Langmuir ve Freundlich katsayılarının bulunması. Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
Co Ce Co-Ce m x/m Ce/(x/m) 3,37 - 3,27 0,1 0,001 100 0,0327 2,77 0,6 0,01 60 0,046167 1,86 1,51 15,1 0,123179 1,33 2,04 0,5 4,08 0,32598 Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
Temel İşlemler L. Adsorpsiyon
Kaynaklar: Metcalf and Eddy, Wastewater Engineering: Treatment and Reuse, 4th Ed., McGraw-Hill. Reynolds, T.D., Richards, P.A.,Çevre Mühendisliğinde Temel İşlemler ve Süreçler, İkinci Baskı, Çeviri: Prof.Dr. Ülker Bakır Öğütveren, Efil Yayınevi, Ankara, 2011. Temel İşlemler L. Adsorpsiyon