Investigation of Lead(II) Adsorption Onto Pumice Samples Collected at the Foot of Mount Ağrı and Optimization of Adsorption Conditions by RSM(Response Surface Methodology)

Abstract

Bu çalışmada; atık sularda bulunan kurşun iyonlarının doğal pomza adsorbenti üzerine adsorpsiyonu ve adsorpsiyon koşullarının optimizasyonu amaçlanmıştır. İlk olarak; pomzanın kimyasal yapısını ve yüzey özelliklerini incelemek için Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX) ve (Brunauer-Emmett-Teller) BET analizleri yapılarak sonuçlar değerlendirilmiştir. Optimizasyon için üç aşamalı Cevap Yüzeyi Yöntemi (CYY) kullanılmıştır. İlk aşamada; Fraksiyonel Faktöriyel Dizayn (FFD) ile adsorpsiyonu etkileyen en önemli parametreler tespit edilmiş, ikinci aşamada ise; FFD ile belirlenen en etkili parametrelerin optimuma yakın aralıkları Steepest Ascent (En dik artış) metodu ile tahmin edilmiştir. Optimizasyonun son aşamasında ise; Merkezi Kompozit Tasarım (MKT) ile bu parametrelerin optimizasyonu sağlanmıştır. En etkili üç parametrenin optimum değerleri C0=84.30 mg/L, pH=5.75 ve Sıcaklık=41 ?C olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda adsorplanan Pb(II) miktarı 7.59 mg Pb(II)/g adsorbent ve adsorpsiyon verimi %90.04 olarak bulunmuştur.Optimizasyon aşamasından sonra; sonuçlar en çok bilinen adsorpsiyon izoterm modellerine ve kinetik denklemlerine uygulanmıştır. Adsorpsiyon denge bilgilerinin Langmuir izoterm modeline ve kinetiğinin ise Pseudo ikinci derece hız eşitliğine uyduğu gözlenmiştir. Ayrıca termodinamik parametreler hesaplanarak adsorpsiyonun endotermik karakterli olduğu görülmüştür. Daha sonra çok metalli atık sulardan yarışmalı adsorpsiyon gerçekleştirilerek pomzanın diğer metal iyonlarına olan afinitesi belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler: Adsorpsiyon, Pomza, Cevap Yüzeyi Yöntemi, Pb(II)

This study aimed to adsorption onto natural pumice of lead ions in the waste water and to optimize the conditions of adsorption. Firstly, to examine the surface properties and the chemical structure of pumice, EDX and BET analyses were performed and the results were evaluated. Response Surface Methodology consisting of three stages were used to optimization. In the first stage; the most effective parameters affecting adsorption were determined by Fractional Factorial Design (FFD), in the second stage; near optimum ranges of the most effective parameters which are determined by FFD were predicted by the Steepest Ascent method. In the final stage of optimization; these parameters were optimized by Central Composite Design (CCD). The optimum ranges of three most effective parameters were determined as C0=84.30 mg/L, pH=5.75 and temperature=41 ?C. In these optimum conditions, the amount of adsorbed Pb(II) and yield of adsorption were found to be 7.59 mg Pb(II)/g adsorbent and %90.04, respectively. After optimization stage, the results were applied to the most common adsorption isotherm models and kinetic equations. The Langmuir isotherm model agreed well with the equilibrium data and kinetic of adsorption fitted the pseudo second order kinetic equation. Additionally, by calculating the thermodynamic parameters, it was observed that the mechanism of adsorption was endothermic. Then, by performing competitive adsorption of multi-metal wastewater affinity to different metal ions of pumice were determined.Key Words: Adsorption, Pumice, Response Surface Methodology, Pb(II)