Adsorption of Heavy Metal Onto Clay Minerals

Abstract

Kesikli bir sistemde Cu(II) ve Cd(II) iyonlarının kil minerallerine (bentonitve kaolin) adsorpsiyonun denge, kinetik ve termodinamiği çalışıldı. Kütahya'dan veTokat'tan alınan iki kil örneği sülfürik asit ve sodyum hidroksit ile kimyasal işlemetabii tutuldu. Sulu çözeltiden Cu(II) ve Cd(II)'un kil mineralleri/su ara yüzeyineadsorpsiyonu, farklı dört konsantrasyon için zaman ve sıcaklığın bir fonksiyonuolarak çalışıldı. Bakır ve kadmiyumun,değiştirilmiş kil minerallerine adsorpsiyonu,ilk 1 saattin metal iyonlarının adsorpsiyon için yeterli olduğunu gösterdi. Langmuirve Freundlich izoterm modelleri, bu ağır metal adsorpsiyonun deneysel dengeverilerine uygulandı. Bu izotermlerin ayarlanabilir parametreleri doğrusal olmayanen küçük kareler analizi ile belirlendi. 25ºC`ta Cu(II) ve Cd(II) iyonları için, orijinalbenronit ve orijinal kaolinin sırayla Langmuir adsopsiyon kapasiteleri 78,476 mgg-1ve 19,268 mgg-1 ve 44,603 mgg-1 ve 10,970 mgg-1 idi. Adsorplanan metaliyonlarının miktarı, KDK değerleri ile direk bir korelasyon verdi. Bu metallerin kilmineralleri üzerindeki adsorpsiyon kinetiği, suda, metal iyonlarının farklı başlangıçkonsantrasyonları ve farklı sıcaklıklar için çalışıldı. Yalancı birinci-mertebe veyalancı-ikinci mertebe kinetik modeller kinetik verilerin açıklanması ve hızsabitlerinin elde edilmesinde kullanıldı. kinci mertebe kinetik model yüksek birkorelasyon katsayısı ile (R2>0,99) killer üzerindeki metallerin adsorpsiyonunu iyi birşekilde açıklamaktadır. Bu da, adsorpsiyonunun toplam hızı, kütle transferi yerinekemisorpsiyonla kontrol edildiği göstermektedir. Yalancı birinci-mertebe hızsabitleri ve yalancı-ikinci mertebe hız sabitlerini ve Arrhenius eşitliğini kullanaraksorpsiyonun aktivasyon enerjisi (Ea) tayın edildi. Eyring eşitliğinikullanılarak,aktivasyon parametreleri (â H#, â S#, â G# ) elde edildi. Farklısıcaklıklarda elde edilen termodinamik denge sabitlerinin kullanılmasıyla â Ho, â Sove â Go gibi termodinamik parametreleri de elde edildi.Anahtar kelimeler : Adsorpsiyon, Bakır, Kadmiyum, Denge, Kinetik,Termodinamik.

Adsorption equilibrium, kinetics and thermodynamics of Cu(II) and Cd(II)ions to clay minerals (kaolinite and bentonite) were studied in a batch system. Twoclay samples obtained from Kütahya and Tokat were chemically treated withsulfuric acid and sodium hydroxide. The sorption of Cu(II) and Cd(II) from aqueoussolution to the clay minerals/water interface has been studied as a function of timeand temperature for different four concentrations. Adsorption of cadmium andcopper on the modified clay minerals showed that the initial 1 h was sufficient foradsorption of the metel ions. Langmuir and Freundlich isotherms models wereapplied to experimental equilibrium data of the heavy metals adsorption. Theadjustable parameters of this isotherms were estimated by nonlinear least-squareanalyisis. At 25ºC for Cu(II) and Cd(II) ions, the Langmuir adsorption capacitieswere 78,476 mgg-1 and 19,268 mgg-1 for raw bentonite and 44,603 mgg-1 and 10,970mgg-1 for raw kaolinite, respectively. The amount of metal ions adsorbed, showed adirect correlation with the CEC values. The adsorption kinetics of the metals on clayminerals has been investigated for different initial metal ions concentration anddifferent temperature in water. The pseudo first- and second-order kinetic modelswere used to describe the kinetic data, and the rate constants were evaluated. Theexperimental data fitted well to the second-order kinetic model, which indicates thatthe chemical sorption is the rate-limiting step, instead of mass transfer. Theactivation energy of sorption (Ea) was determined using Arrhenius equation. Theactivation energy of adsorption can be evaluated using the pseudo-second-order rateconstants and pseudo-first-order rate constants. The activation parameters ( â H#,â S#, â G# ) using Eyring equation have been calculated. Using the thermodynamicequilibrium coefficients obtained at different temperatures, the thermodynamicparameters such as â Ho, â So and â G o were also determined.Key words: Adsorption, Copper, Cadmium, Equilibrium, Kinetic,Thermodynamiciii