Investigation of the adsorption behavior of cesium, barium and phenol onto modified humic acid and iron nanoparticles

Yüksek çözünürlüğe sahip olan radyoaktif maddelerin sıvı ortamlardankatı ortamlara aktarılarak depolarda tutulması yönünde çok miktarda çalışmayapılmaktadır. Bu sayede yüksek hacme sahip sıvı ortamlardaki radyoaktifmaddelerin katı ortama aktarılması amaçlanmaktadır. Bu tür maddelerin çevreseluygulamalarda kullanılmasının yanı sıra bilim ve sanayide yararlı maddelerin137üretilmesinde kullanılabilir. Cs izotopunun dezenfeksiyon ve radyoterapi gibimedikal uygulamalarda γ kaynağı olarak kullanıldığı bilinmektedir. Benzer şekilde137Cs izotopu gıda endüstrisinde sterilizasyon kaynağı olarak yararlı bir madde137olduğu kanıtlanmıştır. Cs radyoizotopu radyoaktif bölünme sonucu yüksekverimde üretilir, uzun bir yarılanma süresi (30.17 yıl) ve yüksek çözünürlüğe sahipolduğu için radyoaktif atıklarda bulunan başlıca maddedir. Baryum bir toprak alkali140elementi olup radyoaktif izotopu olan Ba (T1/2 = 12.79 gün) yüksek oranda(6.21%) açığa çıkan bir radyoaktif bölünme ürünüdür.Fenolik maddeler içeren atık sular ciddi bir çevre problemioluşturmaktadırlar. Fenolik maddeler boya, çözücü, petrokimya, kömür vb.sanayilerinden çevreye bırakılmaktadırlar ve kanserojen madde olarakbilinmektedirler. İnsanlar tarafından bir gramdan fazla alındığı durumlarda ölümcületki yapmaktadırlar. Sıvı bölgelerde yaşayan organizmalar fenolik maddelere maruzkalmalarından ötürü olumsuz yönde etkilenmektedirler.Toprağın en önemli organik maddesi olan hümik asit, doğal çevrede bulunanorganik kalıntıların kimyasal ve fiziksel olarak parçalanmasıyla oluşturulankimyasal ve fiziksel yönden heterojen bir maddedir. Hümik asitin toprakkimyasında metal iyonlarını ve organik maddeleri tutma, bitkilere mineral taşıma vetoksik maddeleri biyolojik olarak dönüştürmek gibi pek çok fonksiyonu vardır.Demir nanoparçacık teknolojisi artan bir hızla çevre ve zararlı atık uygulamalarındakullanılmaktadır. Önemli bir avantajı ise toprağın alt kısımlarında kalan kirlibölgeye enjeksiyon yöntemiyle rahatlıkla ulaştırılabilmesidir.Bu çalışma radyoaktif ve fenolik atıkların sıvı ortam içeren çevrelerdenuzaklaştırılması yönünde alternatif ve verimli bir yol bulmak için yapılmıştır.Yapısı değiştirilmiş hümik asitler ( çözünmez hale getirilmiş hümik asitin sodyumformu ve yüzey aktif maddelerle değiştirilmiş hümik asit ) ve demir nanoparçacıklartutucu maddeler olarak kullanılmıştır. Radyoaktif izleme metodu ve UV-VISspektroskopi tekniği kullanılarak sezyum, baryum iyonları ve fenolün değiştirilmişhümik asitler ve demir nanoparçaklar üzerine tutunma davranışları incelenmiştir.13Hümik asit ve değiştirilmiş yapılarının karakterizasyonu FTIR, katı hal CNMR spektroskopi teknikleri kullanılarak yapılmıştır. Hümik asit üzerindetutunmadan sorumlu olan karboksilik ve fenolik gruplar potansiyometrik titrasyonmetodu kullanarak miktarsal olarak tayin edilmiştir. Demir nanoparçacıkörneklerini karakterize etmek için SEM ve PXRD teknikleri kullanılmıştır.Zaman, konsantrasyon ve sıcaklığın, katyonların ve fenolün hümik asitindeğiştirilmiş yapıları ve demir nanoparçacıklar üzerine tutunması üzerine etkisiniincelemek için, farklı sıcaklıklarda tutunma çalışmaları ve kinetik çalışmalaryapıldı. Sezyum ve baryum tutunma verilerinin Freundlich ve Dubinin-Radushkevich modellerine, fenol tutunma verilerinin ise Freundlich ve Tempkinmodellerine en iyi uyduğu bulunmuştur. Katyon ve tutucu madde tutunma sırasıbaryum-çözünmez hale getirilmiş hümik asit > sezyum-çözünmez hale getirilmişhümik asit > baryum-demir nanoparçacıklar şeklindedir. Kinetik çalışmalar her ikikatyonun ve fenolün tutunma davranışlarının psödo ikinci derece hız yasasınauyduğunu göstermiştir. Hız sabiti değerleri tutunma sırasıyla ters orantılıdır. Katyontutucu maddelere tutunma hızı baryum-demir nanoparçacıklar > sezyum-çözünmezhale getirilmiş hümik asit > baryum-çözünmez hale getirilmiş hümik asit sırasınıtakip etmektedir. Fenolün yüzey aktif maddelerle yapısı değiştirilmiş hümik asitüzerine tutunmasının dengeye ulaşma zamanının katyonların çözünmez halegetirilmiş hümik asit üzerine tutunmasının dengeye ulaşma zamanından çok dahafazla olduğu bulunmuştur.Adsorpsiyon entalpi değişimi, ΔHº, entropi değişimi, ΔSº ve Gibbs serbestenerji değişimi, ΔGº gibi termodinamik değerler farklı sıcaklıklarda elde edilentutunma verilerinden elde edilen sonuçlar kullanılarak hesaplanmıştır. ΔHº ve ΔSºiçin elde edilen değerler sezyum iyonlarının çözünmez hale getirilmiş hümik asitüzerine tutunması için 3.673 kJ/mol, 48.85 J/mol.K, baryum iyonlarının çözünmezhale getirilmiş hümik asit üzerine tutunması için 2.102 kJ/mol, 89.522 J/mol.K vebaryum iyonlarının demir nanoparçacıklar üzerine tutunması için -38.5 kJ/mol, -73.98 J/mol.K olarak bulunmuştur. Sıcaklık değişimlerinin, sezyum ve baryumiyonlarının çözünmez hale getirilmiş hümik asit üzerine tutunma eğiliminde çokfazla etki yapmadığı bulunmuştur. Baryum iyonlarının demir nanoparçacıklarüzerine tutunma davranışları ekzotermiktir ve düşük sıcaklıklarda daha fazla katyontutulduğunu göstermektedir.Farklı sıcaklıklarda yapılan çalışmalar sonucu elde edilen sonuçlarıkullanarak yapılan hesaplamalarda bulunan negatif Gibbs serbest enerji değişimi,ΔGº, değerleri bütün adsorpsiyon süreçlerinin kendiliğinden oluştuğunugöstermektedir. Hesaplanan ΔGº değerlerinin tümü, 8-16 kJ/mol değerleri arasındabulunmaktadır. Bu düzeydeki enerjiler, adsorpsiyonun daha çok iyon değişimiyoluyla meydana geldiğini göstermektedir.Anahtar kelimeler: Adsorpsiyon, İzotermler, Modifiye Edilmiş Hümik asit,Termodinamik Sabitler, Fenol, Kinetik Çalışmalar, Dağılım Oranı, Radyoaktifİzleme Metodu, Sezyum, Baryum, Tekne Tekniği, Karakterizasyon, DemirNanoparçacıklar, UV-VIS Spektroskopi.