Polivinilimidazol'ün kaolen ve perlit yüzeyine adsorpsiyonu

Abstract

Bu çalışma iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci bölüm, polivinilimidazolün (PVİ) kalsinasyon sıcaklığı, pH, iyon şiddeti ve sıcaklık gibi parametrelerin bir fonksiyonu olarak sulu çözeltilerden kaolinit yüzeyine adsorpsiyonunun sistematik olarak araştırılmasından oluşmaktadır. Deneysel sonuçlara göre, PVİ adsorpsiyonu, pH’nın 8,50’den 11,50’ye, sıcaklığın 25°C’den 55°C’ye ve iyon şiddetinin 0’dan 0,1 mol L-1’e artmasıyla artmaktadır. Kaolinit örnekleri maksimum adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğu 600°C’de kalsine edilmiştir. Langmuir ve Freundlich izoterm modelleri kullanılmıştır. İzoterm verileri için, Langmuir izoterm modelinin Freundlich izoterm modelinden daha uygun olduğu görülmüştür. Kaolinit süspansiyonlarının zeta potansiyeli farklı PVİ konsantrasyonlarında ve pH’lardaki sulu çözeltilerinden ölçülmüştür. Deneysel sonuçlara gore; (i) pH, kaolinitin zeta potansiyelini etkili biçimde değiştirir; (ii) kaolinit suda pH 2,35 civarında, 249,9 ppm PVİ konsantrasyonunda ise pH 8,75 civarında bir izoelektrik noktaya sahiptir; PVİ, kaolinitin arayüzey yükünü negatiften pozitife değiştirmektedir. Sıcaklık etkisi Gibbs serbest enerjisi, entalpi ve entropi değişimleri gibi çeşitli termodinamik parametrelerin hesaplanmasıyla çalışılmıştır. Boyutsuz ayırma faktörü (RL), sulu çözeltilerden PVİ adsorpsiyonu için kaolinitin kullanılabileceğini göstermiştir. İkinci bölüm ise, PVİ adsorplamış genleşmiş perlitin adsorpsiyon, adsorpsiyon kinetikleri gibi yüzey özellikleri ile sıcaklık, iyon şiddeti ve pH’nın bir fonksiyonu olarak elektrokinetik özelliklerin araştırılmasından oluşmaktadır. Zeta potansiyeli ölçümleri izoelektrik noktayı (iep) ve potansiyel belirleyen iyonları (pdi) belirlemek için yapılmıştır. Genleşmiş perlit örneklerinin zeta potansiyelini pH’nın etkili biçimde değiştirmesine rağmen, genleşmiş perlit pH 2-11 aralığındaki hiçbir izoelektrik noktaya sahip değildir. PVİ, genleşmiş perlit yüzeyine adsorbe olurken, genleşmiş perlitin arayüzey yükünü negatiften pozitife değiştirir. Adsorplanan miktarlar (qe) pH’ya büyük bir bağlılık gösterir. PVİ adsorpsiyonu artan pH, iyon şiddeti ve sıcaklık ile artmaktadır. Deneysel adsorpsiyon verileri Langmuir ve Freundlich izoterm modelleri kullanılarak araştırılmış ve Langmuir izoterm modelinin adsorpsiyon dengesini en iyi temsil ettiği bulunmuştur. Adsorpsiyon mekanizmasını ve potansiyel hız kontrol basamağını araştırmak için, yalancı-birinci ve ikinci mertebe kinetik denklemleri ve moleküllerarası difüzyon modeli deneysel verileri test etmek için kullanılmıştır. Hız sabitleri ve ilgili korelasyon katsayıları deneysel sonuçlar ile önceden bildirilen verilerin uygunluğunu sağlamak için belirlenmiştir. Yalancı birinci mertebe kinetik eşitliğin deneysel veriler için uygun olduğu bulunmuştur.

This study was carried out in two parts. The first section is consisted of; the adsorption of polyvinylimidazole (PVI) onto kaolinite from aqueous solutions has been investigated systematically as a function of parameters such as calcination temperature of kaolinite, pH, ionic strength, and temperature. According to the experimental results, the adsorption of PVI increases with pH from 8,50 to 11,50, temperature from 25 to 550 C, and ionic strength from 0 to 0,1 mol L-1. The kaolinite sample calcined at 6000 C has a maximum adsorption capacity. Langmuir and Freundlich isotherm models are used. The Langmuir isotherm model appeared to fit the isotherm data better than the Freundlich isotherm model. The zeta potentials of kaolinite suspensions have been measured in aqueous solutions of different PVI concentrations and pH. From the experimental results, (i) pH strongly alters the zeta potential of kaolinite; (ii) kaolinite has an isoelectric point at about pH 2,35 in water and about pH 8,75 in 249,9 ppm PVI concentration; (iii) PVI changes the interface charge from negative to positive for kaolinite. The study of temperature effect has been quantified by calculating various thermodynamic parameters such as Gibbs free energy, enthalpy, and entropy changes. The dimensionless separation factor (RL) has shown that kaolinite can be used for adsorption of PVI from aqueous solutions. The second part is consisted of surface properties of poly(vinylimidazole)-adsorbed expanded perlite such as adsorption, adsorption kinetics and electrokinetic properties have been investigated as a function of temperature, ionic strength and pH. The zeta potential measurements have been performed to determine the isoelectric point (iep) and potential determining ions (pdi). Although pH strongly altered the zeta potential of expanded perlite sample, expanded perlite does not yield any isoelectric point in the pH ranges of 2?11, poly(vinylimidazole) (PVI) changes the interface charge from negative to positive for expanded perlite when adsorbed on its surface. Adsorbed amounts (qe) showed a great dependence on pH. The adsorption of PVI increases with increasing pH, ionic strength and temperature. Experimental adsorption data were investigated using Langmuir and Freundlich isotherm models and found that Langmuir isotherm model gave the best representation of the adsorption equilibrium. In order to investigate the mechanism of adsorption and potential rate controlling step, pseudo-first- and second-order kinetic equations, and intraparticle diffusion model have been used to test the experimental data. The rate constants and the related correlation coefficients were determined in order to assess which model provides the best-fit predicted data with experimental results. Pseudo-first-order kinetic equation provided the best fit to experimental data.