ADSORPSİYON Ders Notu II.

... konulu sunumlar: "ADSORPSİYON Ders Notu II."— Sunum transkripti:

1 ADSORPSİYON Ders Notu II

2 Adsorpsiyon nedir? Adsorpsiyon; bir maddenin diğer bir madde yüzeyinde veya iki faz arasındaki ara yüzeyde konsantrasyonunun artması ya da bir başka ifadeyle moleküllerin, temas ettikleri yüzeydeki çekme kuvvetlerine bağlı olarak o yüzeyle birleşmesidir.

3 1. Adsorbanın dış yüzeyine adsorplanan maddenin taşınması,
Tanımda kullanılan ara yüzey bir sıvı ile bir gaz, katı veya bir başka sıvı arasındaki temas yüzeyi olabilir. Başka bir tanımlama ile adsorpsiyon, yüzeye saldırma kuvvetlerinden dolayı moleküllerin yüzeye yapışması olayıdır.Çözünmüş bir bileşiğin aktif karbon tarafından adsorpsiyonu üç adımda gerçekleştiği belirtilmektedir; 1. Adsorbanın dış yüzeyine adsorplanan maddenin taşınması, 2. Dış yüzeyde oluşan adsorpsiyonun küçük bir miktarı hariç, karbonun gözeneklerine adsorplanan maddenin difüzyonu, 3. Adsorbanın iç yüzeylerinde çözeltinin adsorpsiyonu.

4 Adsorban:. Yüzeye tutunan maddeye adsorban denir
Adsorban: Yüzeye tutunan maddeye adsorban denir.Sıvı ya da gaz olabilir Adsorbent: Tutunulan madde veya adsorplayan madde diye tanımlanabilir. Katı veya sıvı olabildiği gibi doğal veya yapay olarak da sınıflandırılabilir. Adsorbent Doğal Kil,reçine… Yapay Polimer…

5 Adsorpsiyon Türleri Fiziksel Adsorpsiyon Kimyasal Adsorpsiyon
İyonik Adsorpsiyonu

6 Fiziksel Adsorpsiyon Adsorban ve adsorbent molekülleri arasında zayıf van der waals kuvvetleri etkili olup, bu iki molekül arasında herhangi bir elektron alış verişi veya elektron paylaşımının söz konusu olmadığı adsorpsiyon çeşididir.

7 Kimyasal Adsorpsiyon Adsorban ve adsorbent molekülleri arasında karşılıklı elektron alış verişi veya paylaşımının olduğu, daha kuvvetli kimyasal bağların oluştuğu adsorpsiyon çeşididir.

8 İyonik Adsorpsiyon Zıt elektrik yüklerine sahip adsorban ile adsorbent yüzeyinin birbirini çekmesi ile olmaktadır.

9 Fiziksel ve Kimyasal Adsorpsiyon Arasındaki Farklar
Fiziksel Adsorpsiyon Zayıf van der waals etkileşimleri etkilidir Tamamen tersinirdir. Adsorbe olan molekül,yüzey üzerinde hareketli bir konumdadır. Adsorpsiyon ısısı 10kcal/mol den daha düşüktür. Aktivasyon enerjisi gerekmez. Sıcaklık ile azalır. Kimyasal Adsorpsiyon Daha kuvvetli kimyasal bağlar vardır Tersinmezdir. Adsorban molekülleri yüzey üzerinde hareket etmezler. Adsorpsiyon ısısı 40 kcal/mol den daha büyüktür. Aktivasyon enerjisi gerekir. Sıcaklıkla artar.

10 Katı Faz Üzerinde Adsorpsiyon Desorpsiyon İşlemleri
Adsorpsiyon, yapılan diğer tanımların yanı sıra, bir katı adsorbanın bağlı yüzeyinde adsorplanmak suretiyle çözünen maddelerin zenginleştirilmesidir. Aktif merkez olarak adlandırılan adsorbanın yüzeyi üzerinde yer alan atomlar arasındaki bağ kuvvetleri tamamen doyurulmamıştır. Bu aktif merkezlerde yabancı moleküllerin adsorpsiyonu yer alır. Adsorban üzerinde adsorplanmış bir madde, kendisine oranla daha şiddetle adsorplanan bir madde tarafından yer değiştirir. Yer değiştiren madde karbon tarafından desorplanır veya serbest bırakılır. Bu olay daha çok tercih edilen türlerin adsorpsiyonu boyunca devam eder. Kimyasal adsorpsiyon, adsorplanan maddenin fonksiyonel gruplarından dolayı oluşur ve adsorban kararlı bir bağ oluşturmak için etkileşir. Desorpsiyon olayı, kimyasal olarak adsorplanan maddelerden daha çok fiziksel olarak adsorplanan maddeler için daha uygundur.

11 Katı faz üzerinde adsorpsiyon ve desorpsiyon işlemleri

12 Adsorpsiyonu etkileyen bazı faktörler şunlardır:
pH: Hidronyum ve hidroksil iyonları kuvvetle adsorbe olduklarından, diğer iyonların adsorpsiyonu çözelti pH’ından etkilenir. Ayrıca asidik veya bazik bileşiklerin iyonizasyon derecesi de adsorpsiyonu etkiler. Sıcaklık: Adsorpsiyon işlemi genellikle ısı veren bir tepkime biçiminde gerçekleşir. Bu nedenle azalan sıcaklık ile adsorpsiyon büyüklüğü artar. Açığa çıkan ısının genellikle fiziksel adsorpsiyonda yoğuşma veya kristalizasyon ısıları mertebesinde, kimyasal adsorpsiyonda ise kimyasal reaksiyon ısısı mertebesinde olduğu bilinmektedir. Yüzey alanı: Adsorpsiyon bir yüzey işlemi olduğundan, adsorpsiyon büyüklüğü spesifik yüzey alanı ile orantılıdır. Adsorplayıcının partikül boyutunun küçük, yüzey alanının geniş ve gözenekli yapıda olması adsorpsiyonu artırır.

13 Çözünen maddenin cinsi ve özellikleri: Çözünen maddenin çözünürlüğü, adsorpsiyon dengesi için kontrol edici bir faktördür. Genel olarak, çözünen maddenin adsorpsiyon hızı ile, sıvı fazdaki çözünürlüğü arasında ters bir ilişki vardır. Bu “Lendelius” kuralıdır. Çözünürlük arttıkça çözücü-çözünen bağı kuvvetlenir, adsorpsiyon derecesi azalır. Çoğu zaman, herhangi bir organik bileşiğin zincir uzunluğu arttıkça suda çözünürlüğü azalır. Çünkü, karbon sayısı arttıkça, bileşik hidrokarbona daha çok benzer. Bu çözünen cinsi ve adsorpsiyon arasındaki bağıntıyı belirten ikinci temel ifadedir (Traube Kuralı). Hidrokarbon yapı ağır bastıkça da çözünenin hidrofob özelliği artar. Hidrofob maddeler tercihli olarak adsorplanır. İyonlaşma arttıkça, adsorpsiyon azalır. Yüklü türler için adsorpsiyon minumum, nötral olanlar için maksimumdur.

14 Adsorpsiyon proseslerin kullanıldığı yerler
Katı-sıvı adsorpsiyonu içme suyu ve atıksu arıtımında önemli rol oynar. Adsorpsiyon prosesi su ve atıksu arıtımında aşağıdaki amaçlarla kullanılmaktadır; İstenmeyen tad ve kokuların uzaklaştırılması İnsektisid, bakterisid ve bunun gibi pestisidler biyolojik arıtma sistemlerinde girişim meydana getirebilirler ve arıtılmadan tesisten çıkarlar. Bu gibi maddelerin alıcı sulara gitmemesi için ileri arıtma olarak adsorpsiyon işlemi, Küçük miktarlarda toksik bileşiklerin (fenol vb) sudan uzaklaştırılması Deterjan kalıntılarının sudan uzaklaştırılması, Endüstriyel atıklarda bulunan kalıcı organik maddelerin ve rengin giderilmesi, Nitro ve klora bileşikleri gibi özel organik maddelerin ve rengin giderilmesi, TOC ve klor ihtiyacının azaltılması, Deklorinasyon (klor giderme) amacı ile kullanılır.

15 Adsorbentlerin Özellikleri
Zehirsiz olmalı Çevre için zararsız olmalı Ucuz ve kolay elde edilebilir olmalı Adsorbanlarla etkileşime girebilecek fonksiyonel gruplar bulundurmalı İyi bir adsorbentin temel özelliği birim kütle başına geniş yüzey alanına sahip olmasıdır. Suda çözünmemeli Kolayca geri kazanılabilmeli Bilimsel olarak kullanılması kabul edilmiş olmalı

16 En iyi adsorbanlar, geniş gözenekli yüzeye sahip olanlardır.
Adsorbentleri dört grupta toplamak mümkündür: I. Aktif karbon II. Aktif alümina III. Silikajel IV. Molekül eleği zeolitler

17 Aktif Karbon: Aktif karbon, karbon atomlarının safsızlıklarından arındırılarak düzgün bir kristal yapıya kavuşmuş halidir. Bu yapısı sayesinde, içinden geçmeye çalışan yabancı atom veya molekülleri adsorbe eder. En kaliteli aktif karbon hindistan cevizi kabuğunun, kontrollü kömürleştirilmesiyle elde edilmektedir.

18 Silikajel: Silikanın granüler (tanecikli) formudur ve sentetik olarak sodyum silikattan (sodium silicate) üretilmektedir. Endüstride birçok kurutma operasyonunda adsorban olarak silikajeller kullanılmaktadır. Uzun kullanım ömrü, ucuz oluşu, yüksek aşınma direnci ve düşük rejenarasyon enerjisi ihtiyacı silika jelin en önemli avantajlarındandır.

19 Aktif alümina: Aktif alümina (Al2O3), yarı kristal yapıda, granüler, yüksek poroziteli, ticari olarak da kurutucu olarak kullanılan inorganik bir adsorbandır. Düşük tozlanma ve yüksek kapasiteye sahip nem tutucudur. Rejenerasyon için daha az enerji gereklidir. Yüksek kimyasal saflıktadır. Parçalanmaya ve ufalanmaya karşı dirençlidir.

20 Molekül eleği zeolitler: Dehidrasyonla zeolitten su moleküllerinin uzaklaştırılması sonucu, angström seviyesinde boyuta sahip birçok ince gözenek yapıdan uzaklaşır ve dehidrate zeolit bu gözeneklerden daha küçük molekülleri seçici olarak adsorbe eder. Zeolit Molekül Eleği Zeolit

21 Adsorbanın Geri Kazanılması
Adsorban yüzeyine moleküller adsorplandıkça yeni moleküllerin adsorpsiyonu için daha az yer kalır ve sonuçta adsorban etkin adsorpsiyon özelliğini kaybeder. Adsorbana etkin adsorpsiyon özelliğini yeniden kazandırma işlemine ‘‘geri kazanım’’ denir. Aktif karbonun fiziksel kuvveti geri kazanım süreci boyunca dayanabilecek büyüklükte olmalıdır. Ancak zamanla ısısal yayılma, büzülme ve nihayet yapının parçalanması nedeniyle az bir miktar aktif karbon kaybolur veya oksitlenir.