ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
DOKTORA TEZİ
Fatma Aysun UĞUR
KİL MİNERALLERİNİN RADYOAKTİF MADDELERİ TUTMA
ÖZELLİKLERİNİN, KİLİN YAPISINA VE İŞLEM KOŞULLARINA
BAĞLILIĞININ İNCELENMESİ
FİZİK ANABİLİM DALI
ADANA, 2005
ÖZ
DOKTORA TEZİ
KİL MİNERALLERİNİN RADYOAKTİF MADDELERİ TUTMA
ÖZELLİKLERİNİN, KİLİN YAPISINA VE İŞLEM KOŞULLARINA
BAĞLILIĞININ İNCELENMESİ
Fatma Aysun UĞUR
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
FİZİK ANABİLİM DALI
Danışman : Prof. Dr. Gülten GÜNEL
Yıl : 2005, Sayfa : 182
Juri : Prof. Dr. Gülten GÜNEL
Prof. Dr. Zehra YEĞİNGİL
Doç. Prof. Dr. Hamide KAVAK
Doç. Prof. Dr. Fikret ANLI
Yrd. Doç. Dr. Mehmet TEKDAL
Bu çalışmada, Türkiye’nin dört farklı kil yatağına ait kil örnekleri üzerinde
sezyum adsorpsiyonunun özellikleri, sezyum 137 izotopu kullanılarak radyoaktif
izleme tekniği ile incelenmiştir. Adsorbant miktarının, çözelti başlangıç derişiminin,
parçacık büyüklüğünün, temas süresinin ve yapının adsorpsiyona etkileri
araştırılmıştır. Kil örnekleri, X ışınları kırınımı ile karakterize edilmiş ve beş farklı
parçacık boyutuna ayrılmıştır. Kolon ve banyo yöntemi olmak üzere iki yöntem
kullanılmıştır. Saf su ve sezyum klorür ile hazırlanan çözeltilerin başlangıç
konsantrasyonları 1,68×10-4 M; 2,56×10-4 M; 3,63×10-4 M; 4,20×10-4 M; 5,04×104
M ve 5,88×10-4 M olarak alınmıştır. Ölçümler bir gama spektrometresi kullanılarak
yapılmıştır. Adsorpsiyon verileri Langmuir, Freundlich ve D-R adsorpsiyon
modelleri kullanılarak analiz edilmiştir. D-R izotermlerinden serbest enerji
değişimleri, Kil I, II, III ve IV için sırasıyla 6,32×10-5 J/mol ile 7,07×10-5 J/mol;
7,07×10-5 J/mol ile 5,47×10-5 J/mol; 5,47×10-5 J/mol ile 6,32×10-5 J/mol; 4,47×10-5
J/mol ile 5,47.10-5 J/mol değerleri arasında bulunmuştur. Kolon deneyi sonuçları
kullanılarak salıverme eğrileri çizilmiştir. Kolon dekontaminasyon faktörü ve
maksimum adsorbat miktarı hesaplanmıştır. Veriler kıyaslanmış ve yorumlanmıştır.
Banyo deneylerine ait yüzde adsorbsiyon değerlerinin, kolon deneylerine ait
olanlardan daha büyük olduğu bulunmuştur. Bu araştırmanın sonuçlarına göre,
incelenen kil örnekleri arasında Denizli(Sepiolit) kili en büyük adsorbsiyon
kapasitesine sahiptir.
Anahtar Kelimeler : Kil, Gama Spektrometresi, Adsorpsiyon
I
ABSTRACT
PhD THESIS
INVESTIGATION OF THE RADIOACTIVE MATERIAL SORPTION
PROPERTIES OF THE CLAY MINERALS AND ITS DEPENDENT ON
THE STRUCTURE AND PROCESS CONDITIONS
Fatma Aysun UĞUR
DEPARTMANT OF PHYSICS
INSTITUTE OF NATURAL APPLIED SCIENCES
UNIVERSITY OF CUKUROVA
Supervisor : Prof. Dr. Gülten GÜNEL
Year : 2005, Pages: 182
Jury : Prof. Dr. Gülten GÜNEL
Prof. Dr. Zehra YEĞİNGİL
Assoc. Prof. Dr. Hamide KAVAK
Assoc. Prof. Dr. Fikret ANLI
Assist. Prof. Dr. Mehmet TEKDAL
In this work, the adsorption characteristics of cesium on the clay samples from four
different clay deposits of Turkey were studied by “radiotracer technique” using Cs-137
isotope. The effect of the amount of adsorbent, initial solition concentration, particle size,
contact time and structure of the clay was investigated. The clay samples were characterized
by x-ray diffraction and separated into five different particle size ranges. Two methods
namely column and batch methods were used. The initial concentrations of the solutions
prepared with distilled water and CsCI2 were 1,68×10-4M, 2,56×10-4M, 3,63×10-4M,
4,20×10-4M, 5,04×10-4M and 5,88×10-4M. Radiocesium solution containing 430400 Bq
radiocesium per liter was used as radiotracer. The measurements were performed by using a
gamma ray spectrometer. The adsorption data were analyzed by using the Langmuir,
Freundlich and D-R adsorption models. The parameters related to the adsorption process
were determined. From D-R type isotherms, free energy changes were found to be between
the values 6,32×10-5 J/mol and 7,07×10-5 J/mol; 7,07×10-5 J/mol and 5,47×10-5 J/mol;
5,47×10-5 J/mol and 6,32×10-5 J/mol; 4,47×10-5 J/mol and 5,47×10-5 J/mol; for clay I, II,
III, IV, respectively. Breakthrough curves were drawn using the data of column experiments.
The column decontamination factor and maximum amount of adsorbat were calculated. The
data were compared and discussed. It was found that percent adsorption values of batch
experiments were greater than that of column experiments. According to the results of this
investigation Denizli (sepiolite) clay had the maximum adsorption capacity among the tested
clay samples,
Key Words: Clay, Gamma Spectrometry, Adsorption
II
TEŞEKKÜR
Öncelikle tezimin her aşamasında değerli, destek ve yardımlarıyla bana yol
gösteren, tezimin yazımı aşamasında değerli ilgi ve alakalarını esirgemeyen, çok zor
günlerimde yanımda olup bana sahip çıkan Sayın Hocam Prof. Dr. Gülten
GÜNEL’e,
Beni bu günlere getirip, hala fedakarlıklarını esirgemeyen canım annem ve
babama, çalışmalarım sırasında her türlü maddi ve manevi desteğini esirgemeyen
değerli eşime, bilgisayarda yazım sırasında çok yardımını gördüğüm canım oğlum
Alperen’e, çoğunlukla çalışmalarım sırasında ihmal ettiğim canım kızım Bilgenur’a,
Çukurova Üniversitesitesine atandığım günden bu yana her türlü destek ve
arkadaşlığını gördüğüm oda arkadaşım sevgili Güzide ÜNLÜ’ye
Deneysel çalışmalarım sırasında kapılarını sonuna kadar açan TAEK,
Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi çalışanlarına, özellikle deneysel
aşamalar sırasında kıymetli yardımlarını esirgemeyen Dr. Bektaş Karakelle’ye, Dr.
Gönül Keçeli’ye, Mehmet ve Hasret Altunkaya’ya, Dr. Ahmet Varinli’ye ve Sağlık
Fiziği’nin tüm çalışanlarına,
MTA’dan killerin temin edilmesini sağlayan, Sayın Haşim Ağrılı’ya,
Ç.Ü Maden Mühendisliği bölümünde killerin öğütülmesine yardımcı olan
Doç.Dr. Alaattin Kılıç’a
Doktora tezim sırasında her türlü moral desteğini esirgemeyen arkadaşlarım,
Dr. Halide Şahan ve eşi Dr. Muhittin Şahan’a, çalışma arkadaşım Meltem
Değerlier’e ve Türker Tüzemen’e teşekkürü bir borç bilirim.
III
İÇİNDEKİLER
SAYFA NO
ÖZ.......................................................................................................................... I
ABSTRACT.......................................................................................................... II
TEŞEKKÜR.......................................................................................................... III
İÇİNDEKİLER...................................................................................................... IV
TABLOLAR DİZİNİ... ....................................................................................... VII
ŞEKİLLER DİZİNİ.............................................................................................. VIII
1. GİRİŞ..................................................................................................................
1
1.1 Radyoaktif Atıklar………………………………………………………...
3
1.2 Radyoaktif Atıkların Kaynakları………………………………………….
3
1.3 Radyoaktif Atıkların Sınıflandırılması……………………………………
5
1.4 Genel Sınıflama…………………………………………………………...
5
1.5 Atıkların Maddenin Üç Haline Göre Sınıflandırılması…………………...
7
1.5.1 Gaz Atıklar………………………………………………………….
7
1.5 2 Sıvı Atıklar………………………………………………………….
8
1.5.3 Katı Atıklar………………………………………………………….
10
1.6 Kullanılmış Nükleer Yakıtın Radyoaktivitesi…………………………….
11
1.7 Nükleer Atık Yönetimi ve Kullanılan Yöntemler………………………...
11
1.7.1 Düşük Düzey Atık Yönetimi………………………………………..
16
1.7.2 Yüksek Düzey Atık Yönetimi………………………………………
17
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR……………………………………………………
19
3. MATERYAL VE METOD…………………………………………………..
34
3.1 Kil Mineralleri ve Çeşitleri………………………………………………
34
3.1.1 Genel Özellikler……………………………………………………
34
3.1.1.1 Kristal Yapısı………………………………………………
36
3.1.1.2 Silikat Tabakalarının Yükü………………………………...
41
3.1.2 Toprakların Kil Mineralleri………………………………………...
42
3.1.2.1 İki Tabakalı Mineraller……………………………………..
43
3.1.2.2 Üç Tabakalı Mineraller…………………………………….
43
3.1.2.1.(1). İllitler…………………………………………..
44
3.1.2.1.(2). Vermikulitler…………………………………..
45
IV
3.1.2.1.(3) Smektitler………………………………………
46
3.1.2.1.(4). Kloritler………………………………………...
47
3.1.2.1.(5). Paligorskit ve Sepiolit………………………….
49
3.1.2.1.(6). Allofonlar ve İmogolitler………………………
49
3.1.2.1.(7). Değişken Tabakalı Mineraller………………….
51
3.1.3 Kil Minerallerinin Oluşumu ve Değişimi…………………………..
51
3.1.3.1 Tabakalar Arası Materyalin Değişimi İle Tabakalı
Silikatlardan Oluşma……………………………………...
52
3.1.3.2 Silikatların Ayrışma Ürünlerinden Oluşma………………...
54
3.1.3.3 Kil Minerallerinin Dönüşümü……………………………...
55
3.2 Adsorpsiyon……………………………………………………………...
56
3.2.1 Adsorplanan Madde (Adsorbat)……………………………………
58
3.2.2 Adsorplayıcı Maddeler……………………………………………..
59
3.2.3 Adsorpsiyon Mekanizmaları……………………………………….
60
3.2.3.1 Fiziksel Adsorpsiyon……………………………………….
60
3.2.3.1.(1). Polar Yüzeylerde Adsorpsiyon………………...
60
3.2.3.1.(2). Polar Olmayan Yüzeylerde Adsorpsiyon……...
61
3.2.3.1.(3). Kimyasal Adsorpsiyon………………………...
61
3.2.3.1.(4) İyonik Adsorpsiyon…………………….............
62
3.2.4 Adsorpsiyon Tipleri………………………………………………...
62
3.2.5 Adsorpsiyon İzotermleri …………………………………………...
64
3.2.5.1 Freundlich Adsorpsiyon İzotermi…………………………..
65
3.2.5.2 Langmuir Adsorpsiyon İzotermi…………………………...
65
3.2.5.3 Dubinin Radushkevich(D-R) Adsorpsiyon İzotermi……….
66
3.2.6 Dağılım Katsayısı…………………………………………………..
68
3.2.7 İzleme Tekniği……………………………………………………...
69
3.2.8 Gama Spektrometresi………………………………………………
70
3.5 Deneysel Aşamalar……………………………………………………….
72
3.5.1 Deneyde Kullanılan Malzemeler…………………………………...
72
3.5.2 Deneyde Kullanılan Radyoizotop………………………………….
72
3.5.3 Kullanılan Adsorbanlar…………………………………………….
73
V
KAYNAKLAR…………………………………………………………………. 178
ÖZGEÇMİŞ…………………………………………………………………….
VI
182
TABLOLAR DİZİNİ
SAYFA NO
Tablo 1.1
Nükleer Atık Tipleri ve Kaynakları…………………………......
7
Tablo 1.2
Gaz Atıkların Sınıflaması ………. ……………………………..
8
Tablo 1.3
Sıvı Atıkların Sınıflandırılması…………………………………
9
Tablo 1.4
Katı Atıkların Sınıflandırılması…………………………............
10
Tablo 1.5
Atık Yönetiminde, Yeraltı Gömülme Sürecini Esas Alan
Sınıflama………...........................................................................
Tablo 1.6
12
Kullanılmış Yakıt İçindeki Temel Fisyon Ürünlerinin
Radyoaktivitesi…….....................................................................
13
Tablo 1.7
Kullanılmış Yakıttaki Temel Aktinitlerin Radyoaktivitesi…......
14
Tablo 3.1
Topraklarda Yaygın Olarak Bulunan Tabaka Strüktürlü Kil
Minerallerinin Sınıflandırılması……………………...................
34
Tablo 3.2
Bazı Kil Minerallerinin Kimyasal Bileşimi(Ağırlık %si)……….
35
Tablo 3.3
Yaygın Kil Minerallerinin Ortalama Yapı Formülleri………….
35
Tablo 3.4
Kristallerdeki Değişik Minerallerin Efektif Çapları……………
36
Tablo 4.1
I. Kile Ait Deneysel Bulgular ve Değerler……………………...
95
Tablo 4.2
II. Kile Ait Deneysel Bulgular ve Değerler…………………......
96
Tablo 4.3
III. Kile Ait Deneysel Bulgular ve Değerler…………………….
97
Tablo 4.4
IV. Kile Ait Deneysel Bulgular ve Değerler……………………
98
Tablo 4.5
I. Kile Ait Langmuir İzoterm Değerleri………………………… 107
Tablo 4.6
II. Kile Ait Langmuir İzoterm Değerleri……………………......
116
Tablo 4.7
III. Kile Ait Langmuir İzoterm Değerleri……………………….
126
Tablo 4.8
IV. Kile Ait Langmuir İzoterm Değerleri………………………. 134
Tablo 4.9
Killere Ait Freundlich İzoterm Değerleri…………………….....
Tablo 4.10
Killere Ait Langmuir İzoterm Değerleri………………………... 140
Tablo 4.11
Killere Ait Dubinin İzoterm Sabitleri…………………………...
Tablo 4.12
II. Kile Ait Kolon Deney Sonuçları…………………………...... 154
Tablo 4.13
IV. Kile Ait Kolon Deney Sonuçları …………………………...
154
Tablo 4.14
II. Kile Ait Hacim ve Zaman Desorpsiyon Çalışması ………….
164
Tablo 4.15
IV. Kile Ait Hacim ve Zaman Desorpsiyon Çalışması…………
164
VII
139
141
ŞEKİLLER DİZİNİ
SAYFA NO
Şekil 1.1
Radyoaktif Atık Deposu Planı…………………………………..
Şekil 3.1
Bir SiO4- Tetrahedralinin ve Al(O, OH)6 Oktahedralinin Yapı
4
Modeli…………………………………………………………...
37
Şekil 3.2
Bir Tetrahedral Tabakasında, Oksijenin Ağ Örgüsü……………
38
Şekil 3.3
Tetrahedral ve Oktahedral Tabakalarının İki Tabakalı
Mineralerde ve Üç Tabakalı Minerallerde Diziliş Şekli………...
Şekil 3.4
Kaolinit, illit, Smektit ve Kloritin Strüktür Modeli ile Bunların
Tabaka Arası Açıklığı ………………………………………......
Şekil 3.5
39
40
M2/Al3Mg)(Si7Al)O20(OH)4 Bileşiminde Bir Dioktahedrik Üç
Tabakalı Mineralin Elementer Hücre Modeli…………………...
41
Şekil 3.6
Bir Sekonder Kloritin Yapı Modeli …………………………….
48
Şekil 3.7
İmogolitin Yapısı………………………………………………..
50
Şekil 3.8
Bir Mikanın Şeması …………………………………………….
53
Şekil 3.9
Kil Minerallerinin Oluşum ve Değişim Yolu…………………..
56
Şekil 3.10
Adsorpsiyon İle Absorpsiyon Arasındaki İlişki………………...
57
Şekil 3.11
Adsorpsiyon İzotermi Tipleri…………………………………...
64
Şekil 3.12
Gama spektrometresinin Şeması………………………………..
71
Şekil 3.13
Radyoaktif Sezyum-137’ye Ait Dikey Şeması………………….
72
Şekil 3.14
Quartz Mineralinin Şekli………………………………………..
74
Şekil 3.15
Klorit Kristalinin Yapısı………………………………………...
75
Şekil 3.16
Sanidin Mineralinin Şekli……………………………………….
76
Şekil 3.17
Sepiolitin Kristal Yapısının(001)Üzerine İzdüşümü……………
77
Şekil 3.18
I. Kile(illite) Ait XRD Spektrumu………………………………
80
Şekil 3.19
II. Kile(Klorit)Ait XRD Spektrumu…………………………….
81
Şekil 3.20
III. Kile(Söğüt Seramik) Ait XRD Spektrumu………………….
82
Şekil 3.21
IV. Kile(Sepiolit) Ait XRD Spektrumu…………………………
83
Şekil 3.22
Model Grafik……………………………………………………
88
Şekil 4.1
I. Kilin Beş Farklı Tanecik Boyutu İçin Dengeye Erişme Süresi
Tayini……………………………………………………………
VIII
89
Şekil 4.2
Şekil 4.3
Şekil 4.4
Şekil 4.5
2.Kilin Beş Farklı Tanecik Boyutu İçin Dengeye Erişme Süresi
Tayini……………………………………………………………
3.Kilin Beş Farklı Tanecik Boyutu İçin Dengeye Erişme
Süresinin Tayini…………………………………………………
4.Kilin Beş Farklı Tanecik Boyutu İçin Dengeye Erişme Süresi
90
Tayini……………………………………………………………
91
1. Kilin Sezyum Adsorpsiyonunda, V/m Oranı İle Dağılım
Katsayısı Kd’nin Değişimi………………………………………
Şekil 4.6
93
4.Kilin Sezyum Adsorpsiyonunda V/m Oranı İle Dağılım
Katsayısı Kd’nin Değişimi………………………………………
Şekil 4..9
92
3.Kilin Sezyum Adsorpsiyonunda V/m Oranı İle Dağılım
Katsayısı Kd’nin Değişimi………………………………………
Şekil 4.8
92
2.Kilin Sezyum Adsorpsiyonunda V/m Oranı İle Dağılım
Katsayısı Kd’nin Değişimi………………………………………
Şekil 4.7
90
93
(+120)Boyutunda, Altı Farklı Başlangıç Konsantrasyonu İçin,
Kildeki Sezyum Konsantrasyonu İle Dağılım Katsayısının
Değişimi………………………………………………………..
Şekil 4.10
99
(-120+100)Boyutunda, Altı Farklı Başlangıç Konsantrasyonu
İçin, Katıdaki Sezyum Konsantrasyonu İle Dağılım Katsayısının Değişimi………………………………………….…………
Şekil 4.11
99
(-100+70) Boyutunda, Altı Farklı Başlangıç Konsantrasyonu
İçin Katıdaki Sezyum Konsantrasyonu İle Dağılım Katsayısının
Değişimi………………………………………………………… 100
Şekil 4.12
(-70+45) Boyutunda, Altı Farklı Başlangıç Konsantrasyonu
İçin, Katıdaki Sezyum Konsantrasyonu İle Dağılım Katsayısının Değişimi…………………………………………………….
Şekil 4.13
100
(-45+30) Boyutunda, Altı Farklı Başlangıç Konsantrasyonu
İçin, Katıdaki Sezyum Konsantrasyonu İle Dağılım
Katsayısının Değişimi…………………………………………... 101
Şekil 4.14
I. Kil(+120) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi………………...
101
Şekil 4.15
I. Kil (+120-100) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi…………...
102
Şekil 4.16
I. Kil (-100+70) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi…………….
102
IX
Şekil 4.17
I. Kil (-70+45) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi……………...
103
Şekil 4.18
I. Kil (-45+30) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi……………...
103
Şekil 4.19
I. Kilin Beş Farklı Boyutunda Freundlich İzotermi…………….. 104
Şekil 4.20
I. Kil(+120)Boyutuna Ait Langmuir İzotermi…………………..
Şekil 4.21
I. Kil(-120+100)Boyutuna Ait Langmuir İzotermi……………... 105
Şekil 4.22
I. Kil(-100+70)Boyutuna Ait Langmuir İzotermi………………. 105
Şekil 4.23
I. Kil(-70+45)Boyutuna Ait Langmuir İzotermi………………... 106
Şekil 4.24
I. Kil(-45+30)Boyutuna Ait Langmuir İzotermi………………... 106
Şekil 4.25
I. Kil Langmuir Beş Boyut Bir Arada…………………………..
Şekil 4.26
I. Kil(+120)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi……………………. 108
Şekil 4.27
I. Kil(-120+100)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi……………….
108
Şekil 4.28
I. Kil(-100+70)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi………………...
109
Şekil 4.29
I. Kil(-70+45)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi………………….
110
Şekil 4.30
I. Kil(-45+30)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi………………….
110
Şekil 4.31
I. Kil Beş Ayrı Boyutta Dubinin İzotermi………………………
111
Şekil 4.32
II. Kil(+120) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi………………..
111
Şekil 4.33
II. Kil(-120+100) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi ………….. 112
Şekil 4.34
II. Kil(-100+70) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi……………. 112
Şekil 4.35
II. Kil(-70+45) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi……………... 113
Şekil 4.36
II. Kil(-45+30) Boyutua Ait Freundlich İzotermi………………. 113
Şekil 4.37
II. Kil İçin Beş Farklı Boyutta Freundlich İzotermi…………….
Şekil 4.38
II. Kil (+120) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi………………... 114
Şekil 4.39
II. Kil(-120+100)Boyutuna Ait Langmuir İzotermi…………….
115
Şekil 4.40
II. Kil(-100+70)Boyutuna Ait Langmuir İzotermi……………...
115
Şekil 4.41
II. Kil(-70+45)Boyutuna Ait Langmuir İzotermi……………….
116
Şekil 4.42
II. Kil(-45+30)Boyutuna Ait Langmuir ………………………... 117
Şekil 4.43
II. Kilin Beş Farklı Boyut Bir Arada Langmuir İzotermi………. 117
Şekil 4.44
II. Kil(+120) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi…………………..
Şekil 4.45
II. Kil(-120+100) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi……………... 118
Şekil 4.46
II. Kil(-100+70) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi……………….
Şekil 4.47
II. Kil(-70+45) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi………………... 119
X
104
107
114
118
119
Şekil 4.48
II. Kil(-45+30) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi………………... 120
Şekil 4.49
II. Kilin Beş Boyut Bir Arada Dubinin İzotermi………………..
120
Şekil 4.50
III. Kil(-120)Boyutuna Ait Freundlich İzotermi………………..
121
Şekil 4.51
III. Kil (-120+100)Boyutuna Ait Freundlich İzotermi………….
121
Şekil 4.52
III. Kil (-100+70)Boyutuna Ait Freundlich İzotermi…………...
122
Şekil 4.53
III. Kil (-70+45)Boyutuna Ait Freundlich İzotermi…………….
122
Şekil 4.54
III. Kil (-45+30)Boyutuna Ait Freundlich İzotermi…………….
123
Şekil 4.55
III. Kil Beş Boyut Bir Arada Freundlich İzotermi……………… 123
Şekil 4.56
III. Kil(+120)Boyutuna Ait langmuir İzotermi…………………. 124
Şekil 4.57
III. Kil(-120+100)Boyutuna Ait langmuir İzotermi…………….
124
Şekil 4.58
III. Kil(-100+70)Boyutuna Ait langmuir İzotermi……………...
125
Şekil 4.59
III. Kil(-70+45)Boyutuna Ait langmuir İzotermi……………….
125
Şekil 4.60
III. Kil(-45+30)Boyutuna Ait langmuir İzotermi……………….
126
Şekil 4.61
III. Kil Beş Boyut Bir Arada Langmuir İzotermi……………….
127
Şekil 4.62
III. Kil(+120)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi…………………..
127
Şekil 4.63
III. Kil(-120+100)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi……………... 127
Şekil 4.64
III. Kil(-100+70)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi………………. 128
Şekil 4.65
III. Kil(-70+45)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi…....................... 128
Şekil 4.66
III. Kil(-45+30)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi………………... 129
Şekil 4.67
III. Kil Beş Boyut Bir Arada Dubinin İzotermi………………… 129
Şekil 4.68
IV. Kil(+120) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi………………
130
Şekil 4.69
IV. Kil(-100+70) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi…………...
130
Şekil 4.70
IV. Kil(-70+45) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi…………….
131
Şekil 4.71
IV. Kil(-45+30) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi…………….
131
Şekil 4.72
IV. Kil Beş Boyut Bir Arada Freundlich İzotermi……………...
132
Şekil 4.73
IV. Kil(+120)Boyutuna Ait Langmuir İzotermi………………...
132
Şekil 4.74
IV. Kil(-120+100)Boyutuna Ait Langmuir İzotermi…………… 133
Şekil 4.75
IV. Kil(-100+70)Boyutuna Ait Langmuir İzotermi…………….. 133
Şekil 4.76
IV. Kil(-70+45)Boyutuna Ait Langmuir İzotermi……………… 134
Şekil 4.77
IV. Kil(-45+30)Boyutuna Ait Langmuir İzotermi……………… 135
Şekil 4.78
IV. Kil(+120)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi………………….. 135
XI
Şekil 4.79
IV. Kil(-120+100)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi……………..
136
Şekil 4.80
IV. Kil(-100+70)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi………………
136
Şekil 4.81
IV. Kil(-70+45)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi………………..
137
Şekil 4.82
IV. Kil(-45+30)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi………………..
137
Şekil 4.83
IV. Kil Beş Boyut Bir Arada Dubinin İzotermi………………… 138
Şekil 4.84
II. Kile Ait (+120)Boyutunun Kolon Grafiği(Konsantrasyon
5.88.10-4M)……………………………………...........................
Şekil 4.85
II. Kile Ait Kolon Çalışması ( Zaman, C/C0) (Konsantrasyon,
5,88.10-4M)(+120) ......................................................................
Şekil 4.86
146
II. Kile Ait (-45+30)Boyutunun Kolon Gra.(Konsan,
1,68.10-4M)……………………………………………………..
Şekil 4.96
145
II. Kile Ait Kolon çalışması(Zaman, C/C0) Gra. (Konsan,
1,68.10-4M)……………………………………………………...
Şekil 4.95
145
II. Kile Ait(-100+70)Boyutunun Kolon Gra.(Konsan,
1,68.10-4M) …………………………………………………….
Şekil 4.94
145
II. Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman, C/C0)(Konsan,
1,68.10-4M)……………………………………………………...
Şekil 4.93
144
II. Kile Ait(+120)Boyutunun Kolon Grafiği(Konsan,
1,68.10-4M)……...........................................................................
Şekil 4.92
144
II. Kile Ait Üç Farklı Boyutun Toplu Kolon Grafiği(Konsa,
5,88.10-4M)……………………………………………………...
Şekil 4.91
144
II. Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman, C/C0)(Kon, 5,88.10-4M)
(-45+30)........................................................................................
Şekil 4.90
143
II. Kile Ait (--45+30) Boyutunun Kolon Grafiği(Konsa,
5,88.10-4M)…...............................................................................
Şekil 4.89
143
II. Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman, C/C0)(Kon, 5,88.10-4M)
(-100+70)………………………………………………………..
Şekil 4.88
143
II. Kile Ait (-100+70) Boyutunun Kolon Grafiği(Konsantrasyon
5,88.10-4M)……………………………………………………..
Şekil 4.87
142
146
II. Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman, C/C0)Gra.(Konsan.
1,68.10-4M)……………………………………………………...
XII
146
Şekil 4.97
II. Kile Ait Üç Boyutun Toplu Kolon Gra.(Konsantrasyon
1,68.10- 4M)..................................................................................
Şekil 4.98
II. Kile Ait(+120) Boyutunun İki Farklı Konsantrasyonda
Kolon Gra………………………………………………………
Şekil 4.99
149
IV. Kile Ait(-45+30)Boyutunun Kolon Gra.(Konsan,
5,88.10-4M)……..........................................................................
Şekil 4.106
149
IV. Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman, C/C0)(Konsan,
5,88.10-4M)……..........................................................................
Şekil 4.105
148
IV. Kile Ait(-100+70)Boyutunun Kolon Grafiği(Konsan,
5,88.10-4M)……………………………………………………...
Şekil 4.104
148
IV. Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman, C/C0)(Konsan,
5,88.10-4M)……..........................................................................
Şekil 4.103
148
IV. Kile Ait(+120) Boyutunun Kolon Grafiği(Konsan,
5,88.10-4M)……………………………………………………...
Şekil 4.102
147
II. Kile Ait(-45+30)Boyutunun İki Farklı Konsantrasyonda
Kolon Gra.....................................................................................
Şekil 4.101
147
II. Kile Ait(-100+70)Boyutunun İki Farklı Konsantrasyonda
Kolon Gra………………………………………………………
Şekil 4.100
147
149
IV. Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman, C/C0)(Konsan,
5,88.10-4M)……………………………………………………..
150
Şekil 4.107
IV. Kile Ait Üç Boyutun Kolon Grafiği(Konsan, 5,88.10-4M)...
150
Şekil 4.108
IV. Kile Ait(+120) Boyutunun Kolon Grafiği
(Konsan, 1,68.10-4M)…………………………………………… 150
Şekil 4.109
IV. Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman, C/C0)
(Konsan, 1,68.10-4M)……............................................................ 151
Şekil 4.110
IV. Kile Ait(-100+70) Boyutunun Kolon Gra.
(Konsan, 1,68.10-4M)…………………………………………… 151
Şekil 4.111
IV. Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman, C/C0)
(Konsan, 1,68.10-4M)……............................................................ 151
Şekil 4.112
IV. Kile Ait(-45+30) Boyutunun Kolon Gra.
(Konsan, 1,68.10-4M)…………………………………………… 152
XIII
Şekil 4.113
IV. Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman, C/C0)
(Konsan, 1,68.10-4M)……...........................................................
Şekil 4.114
152
IV. Kile Ait Üç Boyutun Kolon Grafiği
(Konsan, 1,68.10-4M)…………………………………………… 152
Şekil 4.115
IV. Kilin (+120)Boyutuna Ait İki Farklı Konsantrasyonda
Kolon Gra……………………………………………………….
Şekil 4.116
IV. Kilin(-100+70)Boyutuna Ait İki Farklı Konsantrasyonun
Kolon Gra……………………………………………………….
Şekil 4.117
156
-4
II. Kilin Kolon Desorpsiyon çalışması(5,88.10 M)
(-100+70)………………………………………………………..
Şekil 4.120
153
II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması
(5,88.10-4)(+120)………………………………………………..
Şekil 4.119
153
IV. Kilin(-45+30)Boyutuna Ait İki Farklı Konsantrasyonda
Kolon Gra……………………………………………………….
Şekil 4.118
153
156
II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(5,88.10-4M)
(-45+30)…………………………………………………………
156
Şekil 4.121
II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(1,68.10-4M)(+120)…….
157
Şekil 4.122
II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(1,68.10-4M)(-100+70)… 157
Şekil 4.123
II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(1,68.10-4M (-45+30)…..
157
Şekil 4.124
II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman, Sayım)………..
158
Şekil 4.125
II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çal. (Zaman, sayım)(5,88.10-4M)..
158
Şekil 4.126
II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çal.(Zaman, Sayım)(5,88.10-4M)...
158
Şekil 4.127
II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çal.(Zaman, Sayım)(1,68.10-4M)...
159
Şekil 4.128
II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çal.(Zaman, Sayım)(1,68. 10-4M)..
159
-4
Şekil 4.129
II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çal.(Zaman, Sayım)(1,68.10 M)...
159
Şekil 4.130
IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(5,88.10-4M)(+120)…...
160
Şekil 4.131
IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(5,88.10-4M)(-100+70)..
160
Şekil 4.132
IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(5,88.10-4M)(-45+30)…
160
Şekil 4.133
IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(1,68.10-4M)(+120)…...
161
Şekil 4.134
IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(1,68.10-4M)(-100+70...
161
Şekil 4.135
-4
IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(1,68.10 M)(-45+30)…
XIV
161
Şekil 4.136
IV. Kilin Kolon Desorp. Çal.(Zaman, Aktivite)(5,88.10-4M)…..
-4
162
Şekil 4.137
IV. Kilin Kolon Desorp. Çal.(Zaman, Sayım)(5,88.10 M)…….
162
Şekil 4.138
IV. Kilin Kolon Desorp. Çal.(Zaman, Sayım)(5,88.10-4M)…….
162
Şekil 4.139
IV. Kilin Kolon Desorp. Çal.(Zaman, sayım)(1,68.10-4M)……..
163
Şekil 4.140
IV. Kilin Kolon Desorp. Çal.(Zaman, Sayım)(1,68.10-4M)…….
163
Şekil 4.141
IV. Kilin Kolon Desorp. Çal.(Zaman, Sayım)(1,68.10-4M)…….
163
Şekil 5.1
II. Kilin Kolon Çalışması(Boyut, XC Arasındaki İlişki)……….. 171
Şekil 5.2
IV. Kilin Kolon Çalışması(Boyut, XC Arasındaki İlişki)………
171
Şekil 5.3
II. Kile Ait Kolon Çalışması(VC, XC Değişimi)………………
172
Şekil 5.4
IV. Kile Ait Kolon Çalışması(VC, XC Değişimi)……………... 172
Şekil 5.5
II. Kile Ait Kolon Desorpsiyon Çalışması(Boyut, V(ml))……...
Şekil 5.6
IV. Kile Ait Kolon Desorpsiyon Çalışması(Boyut, V(ml))…….. 173
Şekil 5.7
II. Kile Ait Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman, Hacim)…….
174
Şekil 5.8
IV. Kile Ait Kolon Desorpsiyon Çalışması …………………….
175
XV
173
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
1. GİRİŞ
Bu çalışmanın amacı, Türkiye’nin çeşitli bölgelerindeki kil yataklarından
sağlanan kil örneklerinin, düşük aktiviteli radyoaktif atıkların arıtılmasında
kullanılabilirliğinin saptanması ve bunun kilin yapısına ve işlem koşullarına
bağlılığının araştırılmasıdır.
Bu nedenle giriş bölümünde radyoaktif atıklar, radyoaktif atıkların kaynakları
ve nükleer atık yönetimi konularında gerekli bilgiler verilecektir.
Nükleer santrallerden çıkan radyoaktif atıkların yalnız üretildiği anda değil,
daha sonraki aşamalarda da sıkı bir şekilde takip edilmesi gerektiği açıktır.
Radyoaktif atıkların yer altı suları yoluyla biyosfere, oradan da besin zincirine
geçmesi ihtimali, insan ve çevre sağlığı açısından son derece sakıncalıdır.
Günümüzde radyoaktif atıkların toprağa gömülmesi giderek yaygınlaşmaktadır.
Atıkların depolandığı bölgenin yer altı suyu ile etkileşimi durumunda
paslanma ve aşınma sonucunda çevreye radyoaktivite sızıntısı olmaktadır.
Radyoaktif atıkların gömüldükleri yerden çevreye yayılmalarını önlemek için doğal
ve yapay olmak üzere çok yönlü engeller oluşturulması gerekmektedir.
Atığı oluşturan radyoizotopların cinsi ve çevrenin jeolojik yapısı, atığın
hareketini etkileyen en önemli etkenlerdir. Çevreye dağılma yolları içinde düfizyon
ile dağılma yavaş, yer altı suyu ile dağılma ise en hızlı olanıdır. Burada radyoaktif
atıkların toprak ile su arasındaki dağılımı yani toprağın radyoizotopu adsorplama
özelliği çok önemli rol oynamaktadır. Radyoaktif elementlerin çevreye sızmasını
önleyen ve en azından geciktiren mekanizmaların en önemlisi bu elementlerin
jeolojik mineraller üzerindeki adsorpsiyon ve desorpsiyon özellikleridir.
Kil mineralleri radyoaktif atık depolanmasında uygun bir katkı maddesi
olarak kullanıldığından dolayı, radyoaktif elementlerin kil mineralleri üzerindeki
tutulma özellikleri bir çok deneysel ve teorik çalışmanın konusu olmuştur. Yapılan
çalışmalar öncelikle uranyumun fisyon ürünleri içinde en fazla bulunan radyoaktif
stronsiyum ve sezyumun uzaklaştırılması ile ilgilidir. Fisyon ürünleri, gerek nükleer
denemeler gerekse nükleer reaktörlerdeki kazalar ve nükleer atıklardaki sızıntılardan
dolayı çevreye yayılan radyoaktivitenin en önemli kaynağıdır. Uzun yarı
1
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
ömürlerinden ve yüksek fisyon verimlerinden dolayı en etkili radyoizotoplar
137
Cs
90
(t1/2 ≈ 30.17 yıl), Sr (t1/2 ≈ 28.8 yıl) dur. Yeryüzü için büyük bir sıkıntıya neden olan
radyoaktif atıklar dediğimiz sıvı atık grubunun daha az hacim kaplaması için katı
hale getirilmesinde ve atığın aktifliğinin azaltılmasında en sık başvurulan yöntem
adsorpsiyondur.
Sezyum, metallerin en reaktif grubu olan alkali metallerden biridir. Bir çok
izotopları arasında en önemlileri Cs137 ve Cs134 dür. Her ikisi de fisyon ürünü olup
foton enerjileri ilkinin 662 keV; ikincisinin ise 569-604-796 keV’dir. Cs137’nin
radyotoksisitesi orta olarak sınıflandırılır ve radyoümmünolojik testler, radyoterapik
kullanım, endüstri araştırmaları gibi önemli uygulama alanlarına sahiptir. Bunun
yanında nükleer güç endüstrisinde atık formundaki en önemli radyoaktif kaynaktır.
Yüksek çözünürlüğü nedeniyle, yer altı suları yoluyla biyosfere göçebilen çok zararlı
bir nükliddir. Sezyumun bu hareketliliği, önemli ölçüde nükleer atık depolarının
etrafındaki mineraller ve kayalar tarafından adsorpsiyon yolu ile önemli ölçüde
azaltılır. Çevrede sezyum radyoizotopunun bulunmasının bir önemli nedeni de,
nükleer silah testleri ve Çernobil örneğinde olduğu gibi nükleer kazalardır. Çeşitli
araştırmalar, yiyecek zincirine geçmeden, sezyumun toprak tarafından tutulması için
yapılmaktadır. Sezyumun adsorpsiyon çalışmalarının çoğu kayalar, topraklar ve
sedimentlerle yapılır. Saf minerallerle araştırma sınırlıdır. Mineraller, kayaların ve
sedimentlerin önemli bileşenleri oldukları için özellikle seçilmelidir. Sezyumun
taşınım
davranışını
değerlendirmek
için,
seçilen
minerallerin
adsorpsiyon
özelliklerini belirlemede, dağılım katsayısı (Kd) en sık kullanılan parametredir.
Sezyum konsantrasyonu, pH, iyonik şiddet ve alt tabaka özellikleri, sezyum
adsorpsiyonunda
Kd
(Dağılım
katsayısı)
değerini
etkileyen
en
önemli
parametrelerdir. Toprak ve sedimentlerin maruz kaldıkları ağır hava koşulları,
Cs137’nin hareketliliğini arttırır (Evans ve arkadaşları, 1983). Bu artış toprakta
yüksek oranda bulunan kaolinit, düşük orandaki semektit ve illitik kil minerallerinin
varlığına dayandırılır. Bunlar sezyumu kuvvetle bağlarlar. Nükleer sanayiinin
gelişmiş olduğu ülkelerde tuz havzaları atık deposu olarak kullanılmaktadır. Bu
bölgelerde yer altı suları doymuşluktan başlayarak çeşitli kosantrasyonlarda tuz
içerebilmektedir. Yer altı suyunun pH’ı, tuz konsantrasyonu, radyonüklidin
2
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
adsorpsiyon davranışını etkileyen en önemli faktörlerdendir. Bu konular son yıllarda
önemli araştırma konularından birini oluşturmaktadır (Altun ve arkadaşları, 1996).
Bu çalışmada radyoaktif izleme tekniği kullanılarak, Türkiye’nin çeşitli
bölgelerinden sağlanan dört değişik türdeki kil mineralli ile sezyumun adsorpsiyon
davranışı incelenmiştir. Yöntem olarak kolon yöntemi ve banyo yöntemi, altı farklı
konsantrasyon değeri için ayrı ayrı çalışılmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Saf
minerallerden oluşan killer, radyoaktif atık depoları planlanırken çok önemli bir rol
oynamaktadırlar. Radyoaktif atık deposunun hem iç duvarları hem de dış duvarları
belirli kalınlıklarda adsorpsiyon özelliği yüksek olan killerle desteklenmektedir
(Şekil 1). İlerideki yıllarda ülkemizde kurulacak olan nükleer santrallerden çıkacak
olan radyotoksitesi yüksek fisyon ürünü radyoaktif atıkları depolamak üzere, bu tür
planlamaların bir an önce yapılıp organize edilmesi gerekmektedir.
1.1. Radyoaktif Atıklar
Nükleer reaktörler ve bunların yakıt çevrimi tesislerinde oluşan veya katı, sıvı
ve gaz halinde olup kullanılmayan, radyoaktif olmaları nedeni ile de çevreye
bırakılmaları mümkün olmayan maddelere ‘Radyoaktif Atıklar’ denir.
1.2. Radyoaktif Atıkların Kaynakları
Radyoaktif atıkların en önemli kaynağı radyoaktif yakıt elemanlarıdır.
Bunlardan Uranyum, enerji üretimi sırasında nispeten kısa ömürlü ve yüksek
düzeyde radyoaktif fisyon ürünleri ile Uranyum ötesi bazı ağır çekirdeklere dönüşür.
Yapı malzemelerinin ışınlanması sonucu olarak, yakıt dışında da bazı radyoaktif
atıklar oluşur.
Yılda yaklaşık olarak 1000 kg/Gwe’lik, 600 çeşit izotop, fisyon ürünü olarak
oluşmaktadır ve bunların 40 kadarı doğal olarak mevcut elemanlardır. Bir nükleer
reaktör kalbindeki radyoaktivitenin % 95 kadarı fisyon ürünlerinden ileri gelir.
Fisyon ürünlerinin çoğunun yarı ömrü kısadır ve 10 yıl içinde bunların çoğu
3
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
4
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
bozunarak kararlı çekirdeklere dönüşür. Sr-90 ile Cs-137 kararsız bir şekilde kalır.
Bunlar yaklaşık 300 yıl sonra başlangıç aktivitelerinin 1/1000 oranında azalır.
Nükleer reaktörlerde, U-238’in nötron yutması sonucu, 300kg/Gwe.yıl kadar
Pu, Am, Cm ve Nb gibi ağır elementler oluşur. Bunlar fisyon ürünleri kadar aktif
olmamakla beraber, çoğunun yarı ömrü uzundur ve bu nedenle çevreden binlerce yıl
uzak tutulmaları gerekir.
Yapı malzemelerinin ışınlanması ile oluşan radyoaktif malzemeler, son
depolama bakımından önemli olmamakla beraber, nükleer reaktörlerin servisten
çıkartılmaları esnasında, radyoaktif olmayan elementlerle beraber bulunurlar.
Bunların içinde yarı ömrü 5 yıl olan Co-60 önemli rol oynar.
1.3. Radyoaktif Atıkların Sınıflandırılması
Radyoaktif atıklar çeşitli şekillerde sınıflandırılabilirler;
i) Orijinlerine göre (Savunma atıkları, ticari atıklar),
ii) İçindeki atığın tipine göre (Kullanılmış yakıtlar, transuranik atıklar vb.),
iii)Radyoaktivite düzeylerine göre (Yüksek düzeyli, orta düzeyli gibi).
iv) Maddenin haline göre gaz, sıvı ve katı atıklar.
Daha genel bir sınıflama ise aşağıda verilmiştir (Tang, Saling,1990).
1.4. Genel Sınıflama
-Yüksek Düzeyli Atıklar (YDA); bir savunma veya ticari reaktördeki
kullanılmış yakıtın yeniden işlenmesi sürecinden sonra meydana gelir. Çözeltilerin
içinde kalan plutonyum ve diğer ağır izotopların miktarı küçüktür. (Orijinal
plutonyum ve uranyumun %0,5’i) , kalan kısım tamamen fisyon ürünlerini kapsar.
-Kullanılmış Nükleer Yakıt (KNY); reaktörden alındıktan sonra reaktörün
olduğu yerde bekletilir (A.B.D’de planlandığı gibi) ve yeniden kazanım sürecine
girmeden nihai atık deposuna yerleştirilir. Bu durumda kullanılmış nükleer yakıt
(KNY) gelecek bir zamanda yeniden çıkarılıp, yeniden kazanım sürecine
gönderilmediği sürece yüksek düzeyli atık muamelesi görür.
5
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
-Uranyum Ötesi Atıklar (UÖA); yeterince uzun süreli (>20 yıl) alfa yayıcıları
içeren, atom numaraları 92 yada daha büyük olup konsantrasyonları gramda 100
nanoküri’den büyük olan elementlerdir. Transuranik atıkların sınıflaması,
241
Pu hariç bütün transuranik nüklitleri ve
233
238
Pu ve
U ve onun bozunma ürünlerini içerir.
-Düşük Düzeyli Atıklar (DDA); nispeten düşük radyoaktiviteye sahip olup,
pratik olarak transuranik atık elementleri içermezler. Birçok DDA hiçbir zırhlama
istemez, direk temas ile muamele edilebilirler. Bazı DDA’lar özel bir işleme ve
zararsız hale getirme işlemine alınacak kadar yüksek bir radyoaktiviteye sahip
olabilirler. Bu tür atıklar, Avrupa devletlerinde orta düzeyli atıklar (ODA) olarak
sınıflandırılmaktadır.
-Öğütme Tesisi Atıkları (ÖTA); uranyum öğütme tesislerinde düşük düzeyli
radyoaktiviteye sahip başka bir tip atık meydana gelir fakat bunlar genellikle
düşük düzeyli atık olarak sınıflandırılamazlar. Bu tür atıklar değirmende sıvı bir
çamur olarak kalırlar, kurumalarına izin verilir ve kapalı haldeki yığınlar oluşturulur.
Yer altı suyuna karışmalarını ya da toz halinde havayı kirletmelerini önlemek için
önlem alınması gerekir. Bu tür atıkların yönetimi için birçok ülkede özel tüzükler
hazırlanmıştır. Nükleer Atık tipleri ve çıkış kaynakları Tablo 1.1’de gösterilmiştir.
Nükleer endüstri, insan ve çevresini korumak için uygun bir şekilde işlenmesi
gereken radyoaktif atık üretir. Radyoaktif atıklar diğer endüstriyel atıklardan iki
yönüyle ayrılırlar. Birincisi, insanları etkileyen riski zamana bağlı olarak azalır.
İkincisi, aynı miktardaki üretim birimi başına nükleer atıkların hacmi, diğer
endüstrilere nazaran oldukça düşüktür.
6
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
Tablo 1.1. Nükleer Atık Tipleri Ve Kaynakları
Atık Kaynakları
KNY
YDA
Ticari Reaktörler X
Enstitüler,
UÖA
X
DDA
X
X
X
X
Endüstri
X
X
X
Savunma
X
X
X
X
X
Araştırma
merkezleri,
Üniversiteler,
Hastaneler
X
Faaliyetleri
Yakıt
Çeviriminde
dekontaminasyon
ve sökme
1.5. Atıkların Maddenin Üç Haline Göre Sınıflandırılması
1.5.1. Gaz Atıklar
Yeniden kazanım sürecinin ve nükleer güç tesislerinin gaz çıkışlarından
oluşurlar. Bu atıklar genellikle
85
Kr,
3
H,
131
I gibi radyo nüklidleri içerir. Gaz
atıkların işlenmesi havadaki bu tür radyo nüklitlerden çevreyi korumak için ayrı bir
öneme sahiptir.
Gaz atıkların bileşimi ve aktivite düzeyleri oldukça farklılık gösterir. Bunlar
birim hacimdeki aktivite değerleri ile tanımlanmakta olup, IAEA tarafından yapılan
sınıflama Tablo 1.2’de verilmiştir.
7
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
Tablo 1.2. Gaz Atıkların Sınıflaması (IAEA, 1974)
Sınıfı
Aktivite Düzeyi A, (Ci/m3) Notlar
1
A<10-10
Genellikle İşleme Girmez
2
10-10<A<10-6
Filtrasyon
3
10-6<
Diğer Yöntemler
Sınıf 1. Radyonüklit konsantrasyonu 10-10 Ci/m3’den düşük olan gaz atıkları kapsar.
Bu tür atıklar, genellikle işlenmez ve doğrudan havaya bırakılır.
Sınıf 2. Radyonüklit konsantrasyonu 10-10 Ci/m3’den büyük ve 10-6 Ci/m3’e eşit ya
da düşük olan gaz çıkışlarını kapsar. Radyoaktivite esasen taneciklerle bağıntılıdır ve
genellikle filtrasyona tabi tutulur.
Sınıf 3. Radyonüklit konsantrasyonu 10-6 Ci/m3’den yüksek olan gaz atıkları kapsar.
Radyoaktivite esasen gaza bağlıdır ve gaz atık genellikle filtrasyon ile birlikte diğer
yöntemler kullanılarak işlenir.
1.5.2. Sıvı Atıklar
Çoğunlukla kullanılmış yakıtların yeniden kazanım sürecinde meydana
gelirler, Örneğin, kullanılmış yakıtın işlenmesinde birinci çevrim kazanım sisteminde
meydana
gelirler.
Reaktör
tesisinin
değişik
kısımlarından
ya
da
buhar
jeneratörlerinden deşarj edilen sıvı da yine sıvı atıktır.
Sıvı atıklar genellikle, ‘düşük’, ‘orta’ ve yüksek aktiviteli olarak
sınıflandırılırlar. Bu sınıflamada; aktivite, deşarj için dekontaminasyon faktörleri ya
da Maksimum Müsaade Edilen Konsantrasyon (MPC) değerleri esas alınmaktadır.
Bu nedenle sıvı atıkların sınıflaması ülkeler arasında değişiklikler göstermektedir.
Aktivite değerlerine göre yapılan sınıflama
1970).
8
Tablo 1.3’de gösterilmiştir (IAEA,
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
Tablo 1.3. Sıvı Atıkların Sınıflandırılması (IAEA, 1970)
Aktivite Değeri
Kullanılan Yöntemle
A( µ ci/ml)
İlgili Bilgiler
Sınıf
1
2
A<10-6
10-6<A<10-3
Normal Olarak Dışarı Atılır
Zırhlama Yapılmaz
Alışılmış Yöntemler Kullanılır
3
10-3<A<10-1
Zırhlama Yapılabilir
Alışılmış Yöntemler Kullanılır
4
10-1<A<104
Zırhlama Gereklidir
Alışılmış Yöntemler Kullanılır
5
104<A
Soğutma Gereklidir
Sınıf1- Radyonüklit konsantrasyonunun 10-6 µ Ci/ml’ye eşit veya daha az olduğu sıvı
atıkları kapsar. Bu tür atıklar normal olarak bir işleme alınmaz ve doğrudan çevreye
bırakılır.
Sınıf 2- Radyonüklit konsantrasyonunun 10-6 µ Ci/ml’den büyük ve 10-3 µ Ci/ml’ye
eşit veya daha az olduğu sıvı atıkları kapsar. Bunlar genel yöntemlerle
(Buharlaştırma, iyon değişimi veya kimyasal işlemler) ele alınır. Zırhlama
gerektirmez.
Sınıf 3- Radyonüklit konsantrasyonu 10-3 µ Ci/ml’den büyük ve 10-1 µ Ci/ml’ye eşit
veya daha az olan sıvı atıkları kapsar. Atık alışılmış yöntemlerle işlenir, bazen
zırhlama malzemesine ihtiyaç duyulur.
Sınıf 4- Radyonüklit konsantrasyonu 10-1 µ Ci/ml’den büyük ve 104 µ Ci/ml’ye eşit
veya daha az olan sıvı atıkları kapsar. Atık alışılmış yöntemlerle işlenir ve zırhlama
yapılmalıdır.
Sınıf 5- Radyonüklit konsantrasyonu 104 µ Ci/ml’den büyük olan atıkları kapsar. Sıvı
atıklar depolanır. Soğutma gereklidir.
9
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
Tablo 1.4. Katı Atıkların Sınıflandırılması (IAEA, 1970)
Atıkların
Sınıf
1
Yüzeyindeki Kategori
Radyasyon Dozu, D,(R/s)
D<0,2
Beta-Gama Yayıcıları
Önemsiz Alfa Yayıcıları
2
0,2<D<2
Beta-Gama Yayıcıları
Önemsiz Alfa Yayıcıları
3
2<D
Beta-Gama Yayıcıları
Önemsiz Alfa Yayıcıları
4
Alfa aktivitesi Ci/m3 olarak Alfa
Yayıcıları
İfade edilen
yayıcıları
Beta
Güçlü,
önemsiz
olup kritik değil
1.5.3. Katı Atıklar
Uranyum ve toryum madenciliğinden ve öğütme tesislerinden, atık çözeltileri
içeren bekletme tankı çamurlarından ve kontamine olmuş ekipman ve malzemelerden
oluşur.
Katı atıkların sınıflaması, farklı ülkelerde farklı bazlarda ele alındığından
daha karmaşıktır. Fransa’da katı atıklar konteynır tipine göre sınıflandırılmıştır.
Japonya’da birim hacimdeki aktiviteye göre sınıflandırılmışlardır. Rusya’da ise birim
ağırlıktaki aktiviteye göre sınıflama yapılmıştır. IAEA tarafından önerilen, atıkların
yüzeyindeki radyasyon dozuna bağlı olarak yapılan sınıflama Tablo 1.4’de
verilmiştir.
Sınıf 1- Beta ve gama yayan ve yüzeyindeki radyasyon dozu 2,2 R/s’den yüksek
olmayan önemsiz miktarda alfa yayan katı atıkları kapsar. Bu tür katı atıklar
genellikle özel önlemler alınmadan taşınabilirler.
Sınıf 2- Beta ve gama yayan ve yüzeyindeki radyasyon dozu 0,2 R/s’den yüksek ve
2 R/s’e eşit veya düşük olan, önemsiz miktarda alfa yayan katı atıkları kapsar. Bu tür
atıklar genellikle ince bir tabaka beton veya kurşun ile zırhlanmış konteynırler içinde
taşınabilirler.
10
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
Sınıf 3- Beta ve gama yayan ve yüzeyindeki radyasyon dozu 2 R/s’den fazla olan,
önemsiz miktarda alfa yayan katı atıkları kapsar. Bu tür katı atıklar sadece özel
önlemler alınmış ise taşınabilirler.
Sınıf 4- Güçlü alfa yayıcıları ve kritik olmayan önemsiz miktarda beta ve gama
yayan katı atıkları kapsar. Aktivitesi Ci/m3 olarak ifade edilmelidir.
I.6. Kullanılmış Nükleer Yakıtın Radyoaktivitesi
Yakıt reaktörde kullanıldıktan sonra genel olarak üç grup radyoizotop oluşur;
fisyon ürünleri, aktinitler ve aktivasyon ürünleri olmak üzere 350’den fazla nüklit,
fisyon ürünü olarak tanımlanmıştır. Bunların çoğu çok kısa ömürlüdür. Tablo 1.6 ve
Tablo 1.7, tipik bir basınçlı su reaktörü (PWR)’ndeki fisyon ürünleri ve aktinitleri
göstermektedir. Tam miktarlar, deşarj sonrası geçen süreye ve yakıtın miktarına bağlı
olacaktır. Herbir izotopun konsantrasyonunu, diferansiyel eşitlikler yardımıyla
bulmak mümkündür.
Tablo 1.6’da, aktivite, yıllık küri olarak verilmiştir.
Atık Yönetiminde, yer altı gömülme sürecini esas alan önemli bir sınıflama Tablo
1.5’de verilmiştir.
1.7. Nükleer Atık Yönetimi ve Kullanılan Yöntemler
Çevreye bırakılması sakıncalı görülen radyoaktif atıkların doğdukları andan
son depolamalarına kadar, geçici depolanma, reproses, taşıma ve son depolama gibi
tabi tutuldukları işlemlerin tümüne birden ‘Radyoaktif Atık Yönetimi’ adı verilir.
11
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
Tablo 1.5. Atık Yönetiminde, Yeraltına Gömülme Sürecini Esas Alan Sınıflama
Atık Kategorisi
Özellikleri
Yüksek Düzey
Yüksek beta-gama
Uzun Ömür
Önemli alfa
Yüksek Radyoaktif Zehirlilik
Yüksek Isı Çıkışı
Orta Düzey
Orta beta-gama
Uzun Ömür
Önemli alfa
Orta radyoaktif Zehirlilik
Önemli Isı Çıkışı
Düşük Düzey
Düşük beta-gama
Uzun Ömür
Önemli alfa
Düşük/Orta radyoaktif zehirlilik
Düşük ısı çıkışı
Orta Düzey
Orta beta-gama
Kısa Ömür
Önemsiz alfa
Düşük radyoaktif zehirlilik
Düşük ısı çıkışı
Kısa Düzey
Düşük beta-gama
Kısa Ömür
Önemsiz alfa
Düşük radyoaktif Zehirlilik
Önemsiz ısı çıkışı
12
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
Tablo 1.6. Kullanılmış Yakıt İçindeki Temel Fisyon Ürünlerinin Radyoaktivitesi
(Bu tablodaki değerler 1000MW(e) PWR Reaktörü ve 33000 MWD/MTU içindir.)
Nüklit
Yarı Ömür
Deşarjdaki Aktivite
(1.106 Ci/yıl)
1,92.10-2
H
12,3 yıl
85
Kr
10,8 yıl
0,308
90
Sr
27,7yıl
2,11
95
Zr
65,5 gün
37,3
106
Ru
368 gün
14,8
125
Sb
2,7 yıl
0,237
129
I
1,7.107yıl
1,01.10 −6
131
I
8,05 gün
23,5
133
Xe
5,27 gün
43,9
134
Cs
2,05 yıl
6,7
137
Cs
30,0 yıl
2,94
144
Ce
284gün
30,2
147
Pm
4,4 yıl
2,78
151
Sm
87 yıl
3,41.10-2
154
Eu
16 yıl
0,191
155
Eu
1,81 yıl
0,204
3
13
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
Tablo 1.7. Kullanılmış Yakıttaki Temel Aktinitlerin Radyoaktivitesi
(Bu değerler 1000MW(e) PWR, 33000 MWD/MTU, deşarjdan 150 gün sonra)
Nüklit
Yarı Ömür Ci/yıl
Kg/MTU
238
2,47.105
19,4
0,12
236
2,39.107
7,22
4,18
237
2,14.106
14,4
0,75
236
2,85 yıl
134
9,2.10-6
238
86 yıl
1,01.105
0,22
239
24400 yıl
8,82.103
5,28
240
6580 yıl
1,30.104
2,17
241
13,2 yıl
2,81.106
1,02
242
3,79.105yıl 37,6
U
U
Np
Pu
Pu
Pu
Pu
Pu
Pu
0,35
241
458 yıl
4,53.10
0,05
243
7950 yıl
477
0,09
242
1630gün
4,40.105
4,9.10-3
244
17,6 yıl
7,38.104
3,3.10-2
Am
Am
Cm
Cm
3
14
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
Özellikle nükleer enerjiyi yoğun olarak geçtiğimiz kırk elli yıl boyunca
kullanmış olan ülkeler, nükleer atık yönetimi konusunda çeşitli yollar ve yöntemler
bulma gayreti içindedirler. Bunlar arasında, özellikle yüksek düzey nükleer atıklar
konusunda doğrudan üzerinde araştırmalar ve uygulamalar yapılan yöntemler olduğu
gibi sadece düşüncelerde kalan yöntemler de mevcuttur. Nükleer artıkların okyanus
tabanına gömülmesi uygulanmış olan; kutuplardaki buzullara gömülmesi, dış uzaya
gönderilmesi veya transmutasyon yöntemi, düşünülmüş veya araştırılmış yöntemlere
örnek olarak verilebilir. Ancak son yıllarda nükleer güce sahip olan ülkelerde,
yüksek düzeyli nükleer atıkların derin yer altı depolarına gömülmesi tercih edilen bir
yöntem olarak görülmektedir. Günümüzde Nükleer Atık Yönetiminin teknik
adımları şöyle sıralanmaktadır:
i) Atıklar nükleer uygulamaların çeşitli aşamalarında üretilirler. Bunlar, oldukça
fazla türdedir ve değişik düzeylerde zararları vardır.
ii) Atıklar, hacimlerinin küçülmesi ve kimyasal yapıları ile fiziksel formlarının
stabilizasyonu için toplanarak atık işleme tesisine gönderilirler.
iii)Her ülkenin kendi koşulları içerisinde, atıklar uygun bir şekilde biyosferden
izole edecek bir yere yerleştirilirler yani gömülürler.
Yukarıda çok genel olarak verilen bu üç aşama, bugün için geçerli olan
oldukça yaygın bir sıradır. Belirtilen her aşama daha alt gruplara ve farklı yönetim
şekillerine ayrılırlar.
Bugüne kadar, yüksek düzeyli radyoaktif atığın depolanması için bir tesise
sahip olan bir ülke yoktur. Ancak birçok ülke, nükleer enerji programları ile birlikte
yüksek düzeyli atık depolaması için teknoloji geliştirme ile ilgili çalışmalar
yapmaktadır. Atık yönetimi uzmanları arasında, atığı izole etmek için doğal ve teknik
bariyerlerin kombinasyonunun bir arada kullanıldığı, derin jeolojik depolama
konusunda bir görüş birliği vardır. Bu, günümüzde bu amaçla tercih edilen bir
teknolojidir.
Bazı ülkeler, yer seçimi ve araştırma programları sürdürmektedir. Ancak,
gelecek yüzyılın başlarında uygun depo alanlarının seçilmesinde, toplum tarafından
kabul görememe sorunu vardır. Bu nedenle, yüksek düzey atık depolarının yer seçimi
konusu günümüze kadar uzanan önemli bir sorun olarak durmaktadır.
15
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
Birçok uzman tarafından, atığın tekrar geri çıkarılma ihtimali olmadan derin
depolanması, bir kesin çözüm olarak görülmekle birlikte, atığın tekrar çıkarılmasının
mümkün olabilirliğinin de bazı yararları olabileceği düşünülmektedir. Kapatılma
süreci sonrası geri çıkarım ciddi miktarda kaynak gerektirecek olsa bile, atığın geri
alınması, hem deponun işletme sürecinde hem de kapatma sonrası süreçte
yapılabilmektedir. Bu uygulama için atığın yeniden çıkarılmasında, sistemin
güvenliği tehlikeye atılmadan yapılabilirliliğinin gösterilmesi önem kazanmaktadır.
Atıkların bekletilmesi, kesin bir çözüm olmadığı gibi, derin depolamaya da bir
alternatif olarak görülmemektedir. Diğer taraftan jeolojik depolama geri çıkarılma
olasılığı ile birlikte, kesin bir çözüm sunmaktadır. Süresi, güvenlik ve çevre ile
etkileşimi, geri çıkarılma düzeyi gibi konuların daha fazla araştırılması
gerekmektedir.
Radyoaktif atıkların depolanmasında, insan sağlığı açısından taşıdığı risk
uzun dönem radyasyon dozlarının değerlendirilmesi ve belirsizlikler taşımaktadır.
Radyoaktif atıkların jeolojik depolanmasındaki uzun dönem güvenliğinin
sağlanması, radyoaktif olmayan toksik atıkların ki ile benzer sorunlara sahiptir. Bu
nedenle bu iki konuda çalışanlar arasındaki teknolojik bilgi alış verişi ile önemli
yararlar sağlanabilir.
Uzun dönem atık depolama konusunda geçmiş deneyimler göstermektedir ki;
uzmanlar, başka bir çözüm alternatifinin bulunmadığı, tek olduğu iddiası ile özel
çözümler sunmaktan kaçınmalıdırlar. Açık bir ifade ile farklı radyoaktif atıkların
farklı depolama gerektirdiği gerçeğini unutmamak gerekmektedir.
1.7.1. Düşük Düzey Atık Yönetimi
Düşük düzey atık yönetimi, düşük düzey katı ve sıvı atıkların üretildiği andan
itibaren, bunların işlenerek depolandığı son tesisin yapıldığı sürecin tamamını kapsar.
Bu tür atıklar, daha çok nükleer güç tesisi bulunmayan ülkelerde, araştırma
merkezleri, üniversiteler, sanayi tesisleri ve hastane gibi kuruluşlarda kullanılan
radyoaktif malzemelerin, kullanım dışı kalması ile ortaya çıkarlar. Düşük düzeyli
atıklara genel olarak katı, sıvı ve kapalı kaynakların işlenmesi olarak üç ayrı süreç
16
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
uygulanır. Buradaki temel amaç; atığın boyutunu küçültmek veya kimyasal ve
fiziksel olarak stabil hale getirmektir.
Sıvı atıklar için uygulanan çeşitli yöntemler vardır. Bunlar,
i) Seyrelt ve dağıt
ii) Konsantre et ve sakla
iii) Sulandır ve deşarj et
Şeklinde özetlenebilir.
Bu yöntemlerin her birisinin uygulanması sırasında en kapsamlı olarak
karşımıza çıkan yöntem ise, sıvı atığın çeşitli kimyasallar yardımıyla bir tank
içerisinde çöktürülmesi veya sıvı atığın bir reçine kolonundan geçirilerek içerisindeki
radyoizotopların reçine tarafından tutulmasıdır. Bu yöntemler, birçok ülkede oldukça
yaygın olarak uygulanmaktadır. Her iki yöntemin de temel amacı, sıvı atığın
konsantre halde elde edilmesidir. Birincisinde çöktürme tankının tabanında toplanan
çamur, diğerinde ise içerisinden sıvı atık geçirilen reçine, atığın yoğun hale getirilmiş
durumudur.
Bundan sonraki aşama, bu konsantrenin stabil hale getirilmesini sağlayacak
sabitleyici işlemdir. Bu amaçla da, çeşitli yöntemler uygulanmakta ancak en yaygın
olanları çimentolama yada bitümleme uygulamalarıdır. Her iki yöntemde de, önceki
süreçte elde edilen konsantre atık, bir varil(standart 200 litrelik varil) içerisine
alınarak ya çimento ile veya bitümleme ile karıştırılarak matrks oluşturulur. Daha
sonra katılaşması beklenir ve kapağı kapatılarak hazır hale getirilir.
I.7.2. Yüksek Düzey Atık Yönetimi
i) Nükleer santrallerden çıkan ve içerisinde tekrar kullanılabilir düzeyde
Plutonyum ve Uranyum içeren ‘kullanılmış yakıt’lar, ve yeniden işleme (Reprocess)
tesisi olmayan ülkelerin veya ilk etapta bu işlemin bugün için tehlikesini göze alarak,
gelecekte tekrar kazanılması planlanıp bir yer altı deposunda bekletilmesini uygun
gören ülkelerin santrallerinden çıkan atıklardır.
ii) Harcanmış yakıtların yeniden işlenmesi sonucu ortaya çıkan yüksek
düzeyli radyoaktif atıklardır. Bu tür atık üreten ülkelerde, nükleer santrallerden çıkan
harcanmış yakıtlar tekrar işlenerek içerisindeki Plutonyum ve Uranyum yeniden
17
1.GİRİŞ
F.Aysun UĞUR
yakıt olarak değerlendirilirken geride oldukça yüksek radyoaktivite içeren sıvı artık
kalır. Bu sıvı artık, çeşitli yöntemlerle katılaştırılarak nispeten stabil olan katı forma
getirilir ve yer altı depolarına alınır. Her iki atık da, zaman içerisinde azalma
gösteren oldukça yüksek radyoaktivite ve yüksek sıcaklığı sahiptir. Yer altı
deposunun özellikleri, atıklardan yayılan ışınları engellemesi ve radyonüklitlerin
yeryüzüne taşınmasını engelleyen jeolojik bariyerin sağlanması açısından önemlidir.
Depolanmış atıklardaki radyonüklitlerin, depo ortamından taşınması için gereken tek
taşıyıcı yer altı suyu olduğundan, yer altı suyu akışı ayrıca önem kazanmaktadır. Bu
nedenle kaya-atık-yer altı suyu ilişkisinin belirlenmesi jeolojik bariyerin performansı
açısından önemlidir.
18
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Schulz (1965) tarafından yapılan, toprak kimyası prensipleri kullanılarak
toprağın dekontaminasyonu çalışmasına göre, K+, Rb+, Cs+ gibi toprak alkali
elementler toprakta NH +4 iyonu ile benzer hareketleri yaparlar. Cs+iyonu toprakta
yüksek adsorpsiyon enerjisi ile bağlanır, sezyumdan sonra Rb+gelir. NH +4 ve K+’un
toprakta tutulma eğilimleri eşittir. Toprakta adsorplanmış makro miktardaki Cs+
iyonu ile yer değiştirmede, Ca+2 gibi iyonlar Cs+ iyonunun kendisi kadar etkilidir.
Fakat taşıyıcısız Cs+ iyonu toprakta adsorplanmışsa, Ca+2 ve diğer iki değerlikli
iyonlar yer değiştirmede etkisizdirler. NH +4 , K+, Cs+ iyonlarla yer değiştirirken çok
daha etkilidirler. Toprakta çok sıkı bağlı sezyumu çözen veya serbest hale getiren
iyonlar iki gruba ayrılır. Birinci grup sulu H+ ve Na+, Ca+2 ve Mg+2 dur. Bunlar ilave
edilen taşıyıcısız Cs137’nin ancak %10 nunu çözebilirler. İkinci gruptaki, NH +4 , K+,
Cs+ tutulan Cs137’nin %20-80’ini serbest hale getirirler.
Hakkine, Lakenen (1973), 137Cs’nin adsorpsiyonunu, Finlandiya killeri; kum
ve çamur üzerinde incelenmiştir. K+ içerikli topraklarda, potasyumun sezyumun
adsorpsiyonunu pozitif olarak etkilediği gözlenmiştir.
Rafferty
ve
arkadaşları
(1981),
Sr2+’un
kil
mineralleri
üzerinde
adsorpsiyonuna, tuz konsantrasyonu, yükleme ve pH’ın etkisini incelemişlerdir. Sabit
pH ve tuz konsantrasyonunda, düşük yükleme bölgesinde adsorpsiyon izotermleri
lineer çıkmıştır. Montmorillonit için pH=5-7 aralığında dağılım katsayısının pH ile
değişmediği, fakat illit ve kaolinit için dağılım katsayısının pH ile arttığı
görülmüştür.
Frissel ve arkadaşları (1981), Toprakta sezyum, plutonyum ve stronsiyum
radyoizotoplarının tutunması ve taşınımına ilişkin bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu
araştırmada, 35 cm çapında ve 100cm yüksekliğinde boru ile lizimetrik çalışmalar
yapılarak taşınım hızı, geciktirme katsayısı ve su akış hızı tayini yapılmıştır.
Bachhuber ve arkadaşları (1982), çok katlı toprakta
137
Cs ve
90
Sr dağılımını
incelemişlerdir. Bu çalışmada 1m yüksekliğinde ve 30cm çapında kolonlarla
çalışılmış ve bu radyoaktif maddelerin taşınım hızı tayini yapılmıştır.
19
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
Bunzl ve arkadaşları (1985), Kil humat karışımlarında yaptıkları araştırmada
+
Cs iyonu adsorpsiyonunun dağılım katsayısı (Kd) değerlerini ölçüp, saf bileşenler
için hesaplanan Kd değerleri ile karşılaştırmışlardır. Çözeltideki Cs+ iyonu
konsantrasyonu 1.10-6-0,01 M arasındadır. Hesaplanan ve gözlenen Kd değerleri
arasındaki fark, Cs+ iyonu adsorplandığında daima negatif olmuştur. İyon değiştirici
karışımları için hesaplanan Kd değerleri, çözeltideki karşı iyonlarla bileşenin
rekabetini gösterir. Bu Kd değerleri, iki iyon değiştirici arasındaki girişimden
etkilenmezler. Halbuki humat yüzeyinde ya da kil minerali ara tabakalarında
adsorpsiyon olabilir veya çözülebilen katyon-humat kompleksleri oluşabilir. Bu
girişimler hem kilin hem de humatın adsorpsiyon özelliklerini değiştirir ve kil/humat
karışımı için hesaplanan ve deneysel Kd değerleri arasında sapmalara neden olur.
Kil/humat karışımının deneysel Kd değerleri eğrisi, hesaplananın altında çıkmıştır.
İnert elektrolit (0,01 M CaCI2) varlığında da durum aynıdır. Çok düşük
konsantrasyonlarında ise birbirine yaklaşır. Bu da sapmaların derecesinin çözelti
konsantrasyonuna bağlı olduğunu göstermiştir.
Nikashina ve arkadaşları (1986) tarafından gerçekleştirilen araştırmada,
Sodyum, kalsiyum ve amonyum formlarındaki farklı clinoptilolit topraklarda Cs+ ve
Sr++ iyonlarının iyon değişim dengesi çalışılmış ve statik iyon değişim kapasiteleri
tayin edilmiştir. Adsorpsiyon izotermleri çizilerek dağılım katsayıları hesaplanmıştır.
Belli plast topraklarındaki clinoptilonit diğer zeolitlerle karşılaştırıldığında en yüksek
kapasiteye sahiptir. Bulgaristan topraklarındaki clinoptilonit seçiciliği adsorbanın
katyonik formundan bağımsızdır. Halbuki Georgian clinoptilolitlerinin seçiciliği
tamamen katyonik formla değişir. Amonyum formundaki Tedzami adsorbanının
seçiciliği en yüksek değerde bulunmuştur.
Misaelides ve arkadaşları (1987) tarafından, Çernobil kazasından sonra
Yunanistan’ın Selanik bölgesinden alınan toz örneklerinde, Cs137 ve diğer fisyon
ürünlerinin dağılımı tayin edilmiştir. Yüksek konsantrasyonda radyonüklid içeren
örnekler, yüksek oranda kil mineralleri içerenler olmuştur. Kalkerli materyallerdeki
sezyum izotopunun sorpsiyonu, kil içeren örneklerinkinden düşük çıkmıştır.
Radyonüklid tutulması, materyalin ince partikülleri ve vermikülit miktarı ile, yani
ince partiküllerin büyük yüzey alanı ve vermikülitin katyon değiştirme ve tutma
20
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
kapasitesi ile ilişkilidir. Desorpsiyon ve liçing çalışması 0,5M’lük NaCI, KCI, CaCI,
MgCI musluk suyu ve distile su kullanılarak yapılmıştır. Sezyumu uzaklaştırmada
NaCI ve KCI çözeltileri etkili olmuştur.
Ogawa (1987) tarafından yapılan çalışmada, çok ince toprak parçacıkları
tarafından adsorbe edilmiş olan Cs137’nin bir toprak tabakası içindeki göçünün nicel
tanımını elde etmek için, Cs’un adsorbe edildiği ince toprak parçacıkları çözeltisi
doymamış kumlu toprak tabakasına dökülmüş ve toprak tabakası ile çıkış çözeltisinin
Cs137 konsantrasyonu tayin edilmiştir. Toprak tabakası, çıkış çözeltisi içindeki Cs137
konsantrasyonunu azaltmış fakat göçünü geciktirmemiştir. Toprak tabakası içinde
kalan Cs137 konsantrasyonu, kullanılan Cs137 miktarıyla orantılı olarak artmıştır.
Ayrıca Cs137’nin yüzeyine tutunduğu ince toprak parçacıklarının büyüklük
dağılımının ölçülmesinden; çıkış çözeltisi içindeki Cs137 konsantrasyonunun (tek
dağılımlı durum) tabakanın uzunluğu ile eksponansiyel olarak azaldığı bulunmuştur.
Cremers (1988)tarafından, toprak ve sedimentlerdeki Cs137’nin davranışı,
katı-sıvı dağılım katsayısının ölçümlerine dayanılarak yapılmış ve tutulma, çok az
sayıda, oldukça seçici konumların varlığı ile açıklanmıştır. Kd değerlerinin,
radyosezyumun hareketliliği hakkında da bilgi verdiği görülmüştür. Eser miktarda
zayıf hidrate K+, Rb+, ve Cs+ gibi katyonlar seçici olarak kil parçacıklarının aşınmış
kenarlarında tutulmaktadır. İllitteki sezyum adsorpsiyonu üç tip konumun varlığı ile
açıklanmıştır. İki tip konum kenarlarda bulunur ve toplam CEC’sinin (katyon değiş
tokuş kapasitesinin) %2’sine sahiptir. Diğer tip konum ise oldukça yüksek Cs+/K+
seçiciliğine sahiptir.
Erten ve arkadaşları (1989) tarafından, radyoaktif sezyum ve baryum
iyonlarının adsorpsiyon ve desorpsiyon özellikleri Türkiye’nin değişik yöresinden
edinilen kil mineralleri ve toprak örnekleri üzerinde incelenmiştir. Sezyum ve
stronsiyumun adsorpsiyon çalışmalarında yer altı suyu, baryumda ise kil örneklerinin
edinildiği yörenin yer altı sularına benzer sentetik sular kullanılmıştır. Çalışılan iyon
konsantrasyonları 10-8 ile 10-3 mol/L arasında değişmiştir. İyonun sıvı katı fazları
arasındaki oranını tayin eden dağılım katsayısı Kd’nin; kil mineralinin ve toprak
örneğinin çeşidi, denge zamanı, çalkalama hızı, iyon konsantrasyonu, hacim/ağırlık
oranı ve pH parametrelerine bağımlılığı incelenmiştir. Dağılım katsayısının zaman
21
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
ile arttığı ve kilin yapısına göre belirli bir süre sonra sabit bir değere ulaştığı
görülmüştür. Dağılım katsayısının katıdaki iyon konsantrasyonuna bağımlılığı, ters S
şeklinde eğriler vermiştir. Bu eğriler en az iki tip tutulma mekanizmasının varlığını
göstermiştir. Kaolin tipi killerde adsorpsiyon tersinir, montmorillonit tipi killerde ise
kısmen tersinir olmuştur. İyonların, çalışılan killer üzerindeki adsorpsiyonu, pH ve
hacim/ağırlık oranına az bir bağımlılık göstermiştir. Adsorpsiyon izotermleri
Freundlich ve Dubinin- Radushkevich izoterm modellerine uymaktadır. Genelde
sezyum iyonu, stronsiyum ve baryuma kıyasla daha iyi tutulmuştur.
Fahad ve arkadaşları (1989), Kalkerli topraklardaki Cs137 mobilitesini,
kolondan nehir suyu, NH4Oac, KCI, CaCI2, ve EDTA geçirerek araştırmıştır. Cs+
iyonunun kolonda fraksiyonlaşması, 60 gün süreyle toprağa taşıyıcısız Cs137 ilave
edilerek bekletilip üzerinden çözeltiler geçirilerek tamamlanmıştır. CaCI2 ve nehir
suyu ile 90 gün sonunda ilave edilen Cs137’nin %97’si toprak kolonunun 1 cm
üzerinde bulunmuştur. NH4Oac ile Cs+ iyonu konsantrasyonunun, KCI ile %18’i,
EDTA ile %10-%25’i azalmıştır. K+ ve NH +4 kil minerallerinin kristal örgüsünde
tutunmuş olan Cs+ iyonu ile yer değiştirerek sezyumun salınmasını sağlarlar.
NH +4 iyonunun daha fazla rekabetçi olmasının nedeni, K+iyonuna göre daha az
hidrate olması ve konumlardaki büyük Cs+iyonları ile yer değiştirmeye
uygunluğudur. Sezyumun tutulmasından sorumlu toprak bileşenleri kil, çamur ve
demir oksitlerdir. Süzme işlemiyle kil minerallerine bağlanan fraksiyonlar artmış,
suda çözünen yer değiştirebilen karbonat ve organik madde fraksiyonları azalmıştır.
Montmorrilonitli topraklarda Cs+ iyonu adsorpsiyonunun tersinmez olduğu
gösterilmiştir.
Ahmad ve arkadaşları (1989), Geothit, hemetit, magnetit, quartz, bauxit ve
sepiolit gibi mineral karışımları üzerinde sezyum ve stronsiyumun adsorpsiyonunu,
adsorban ve adsorbat konsantrasyonları ve pH’a bağlı olarak incelemiştir.
Adsorpsiyon yüzdesi, pH artışı ile artmış ve pH=2-3 değerinde maksimuma
ulaşmıştır. Kalevi(alkalik) bölgede adsorpsiyon yüzdesinde düşüş görülmüştür.
Mineral karışımının yükleme kapasitesi farklı konsantrasyonlar için incelenmiş ve
Cs+iyonu için Sr++iyonundan daha çok yükleme kapasitesine ulaşmıştır.
22
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
Shenberg (1989) tarafından, sezyum bağlayıcı mineral olarak bilinen ve
ekilebilen
topraklardaki
radyosezyum
konsantrasyonunu
azaltmak
amacıyla
kullanılan zeolit ile Kd değerini bulmak amacıyla yapılan çalışmaya göre Kd, taşıyıcı
sezyum konsantrasyonu arttıkça artmış ve 3.4 meg/L den sonra düşmüştür. Bu
konsantrasyonun altında her gram zeolitte 5-10 mg sezyum adsorplanmıştır.
Çözeltiye 10 meg/L K+ iyonu ilavesi Kd’de azalmaya neden olmuş; 10 meg/L NH +4
konsantrasyonu daha da düşmüştür. Her iki iyon da daha yüksek konsantrasyonlarda
Cs+ iyonu adsorpsiyonunu aynı derecede düşürmüştür. Adsorpsiyon kapasitesi peat
toprağında zeolite göre, rekabetçi iyon ilavesi olmadığı halde 50 defa daha düşük
gözlenmiştir. Peat toprağının adsorpsiyon kapasitesi K+ ve NH +4
iyonu
konsantrasyonlarına zeolitten daha duyarlı olmuştur. Buna neden peat toprağında kil
minerallerinin bulunmayışıdır. Böylece zeolit minerali, seçici sezyum bağlama ajanı
olarak düşünülebileceği ve sezyum yağmurları alan toprağa katman olarak
döşenebileceği ileri sürülmüştür.
Benes
ve
arkadaşları
(1989),
Nehir
yataklarındaki
sedimentlerde
radyosezyum tutulması, pH, sulu faz kompozisyonu, sulu katı kompozisyonu, sudaki
sezyum konsantrasyonu gibi faktörleri göz önüne alarak sulu toprağın Cs+ iyonuyla
etkileşmesi ile nehirlerde radyosezyum göçünü incelemiştir. pH 5-9 aralığında
tutulma etkisi ihmal edilebilir bulunmuştur. Katının yapısı ve konsantasyonuna bağlı
olarak pH 3-5’in altındaki değerlerde adsorpsiyon düşmüştür. Düşmede 0,001M0,01M- 0,1M rekabetçi katyonların baskısı K+>Na+>Ca++sırası ile görülmüştür.
Sezyum konsantrasyonunun artışı da, adsorpsiyonun düşmesine neden olmuştur. Çok
düşük sezyum konsantrasyonlarında adsorpsiyon sezyum konsantrasyonuna bağlıdır.
Karbonatların, oksitlerin ve organik maddelerin uzaklaştırılması, sedimentin
sorpsiyon özelliklerinde etkili olmamıştır. Sezyum esas olarak nehir yataklarındaki
kil minerallerinde tutulmuştur.
Oruç (1989), Çernobil kazası sonrası değişik düzeylerde yağış alan yörelerde
işlenmiş sahalarda toprağın iki ayrı derinliğinde (0-5 cm ve 5-10 cm) Cs134 ve Cs137
birikimini belirlemek üzere toprak örnekleri almış ve ölçüm sonuçları; Trakya
Bölgesinin, Doğu Karadeniz Bölgesine ve bazı Avrupa ülkelerine kıyasla daha düşük
düzeyde radyoaktif madde aldığını ortaya koymuştur. Bu bölge topraklarındaki kil
23
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
yüzdesinin yüksekliği ve kil içerisindeki montmorolonit kil minerallerinin varlığı ile
radyoaktif sezyum elementi yüzey toprağında sıkıca tutulmuş ve böylece bölgedeki
kirlenme yayılımı en az düzeyde olmuştur. Asidik karakter gösteren ve kil
yüzdesinin Trakya topraklarına oranla düşük olduğu Karadeniz Bölgesinde, sezyum
elementinin toprakta sıkıca tutulamadığı ve bölgedeki yüksek yağış nedeniyle alt
katmanlara doğru yıkanarak taşındığı gözlenmiştir. Trakya topraklarında sezyum
aktivitesi 158 bequerel/kg toprak iken Karadeniz topraklarında 1687 bequerel/kg
topraktır.
Ohnuki ve arkadaşları (1989), İşlenmiş ve işlenmemiş toprakta radyoizotopa
ilişkin geciktirme faktörü tayini yapmışlardır. Ayrıca, konsantrasyonun derinlikle
değişimini de araştırmışlardır. 30 cm çapında ve 120 cm yüksekliğinde borularla
deneysel lizimetrik çalışma yapmışlardır. Lizimetre çalışmalarının giderek
artmasının bir nedeni de, radyoaktif atıkların saklanmasına ilişkin çalışmalar için
taşıdığı önemdir.
Aksoyoğlu (1990), 3.2.10-8- 5.10-4 M Cs+ iyonu konsantrasyonlarında
Grimsel Mylonitte yapılan deneyinde adsorpsiyonun, tersinir ve lineer olmadığı
bulunmuştur. Sezyum konsantrasyonuna bağlı olarak, iki farklı adsorpsiyon
konumlarının varlığı ortaya çıkmıştır. Dengedeki çözeltide mevcut yüksek
konsantrasyonlu potasyum için, sezyum adsorpsiyonundaki düşüşe neden olarak,
adsorpsiyon
konumlarındaki
rekabeti
göstermiştir.
Düşük
sezyum
konsantrasyonlarında adsorpsiyon, mikanın kristal kenarlarındaki konumlarda
olmuştur. Sezyum ile potasyum arasındaki yer değiştirme için konum dağılım
fonksiyonunun hesabında Freundlich parametreleri kullanılmış ve yer değişmenin tek
bir konum ile kısıtlı olmadığı görülmüştür. Konumların çoğunun potasyuma afinitesi,
sezyuma göre daha fazladır. Az sayıda konum, sezyuma yüksek afinite göstermiştir.
Dubinin Raduskevich izoterm parametrelerinden ortalama adsorpsiyon enerjisi
yaklaşık 12 KJ/mol bulunarak sezyum adsorpsiyonunun iyon değişimi ile olduğu
sonucuna varılmıştır. Aynı parametrelerden mylonitin toplam katyon değişim
kapasitesi %95 olarak bulunmuştur.
Balwant (1990) tarafından yapılan araştırmaya göre, düşük yer değiştirme
kapasitesine sahip kaolinitli topraklar, Ca+2 ve Na+ iyonlarına göre çözeltideki
24
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
konsantrasyonu düşük Cs+ iyonunu tercih ederek adsorplarlar. İllitik ve semektit
topraklar, kaolinit toprağına göre daha çok Cs+ iyonu adsorplarlar ve tuz çözeltileri
ile bir dizi reaksiyondan sonra, adsorplanan sezyum iyonunun %50 sinden fazlası
tutulur. Kaolinit toprağında tutulma azdır, fakat toprakta bulunabilecek kadar Cs+
iyonu konsantrasyonunda, Cs+ iyonlarının çoğunun tutulduğu görülmüştür. Böylece
Cs-137 tekniği, Kuzey Avustralya topraklarının çoğu için toprağın erozyonu ve
depozisyonu ölçümlerinde güvenle kullanılabilir.
Al-Suhybani (1992), yüksek Mg++ ve Ca++ içerikli topraklarda Cs+ iyonu yer
değiştirmesinin çok zayıf, düşük içerikli olanlarda fazla olduğunu bulmuştur. pH,
çalkalama zamanı gibi farklı deney şartlarında adsorpsiyon çalışması yapılmış, ısıtma
ve asit uygulamaları, kilin tutma kalitesini arttırmada başarısız olmuştur. Orjinden
geçen izotermlerin verdiği n parametreleri ile ∆ Gads değerleri hesaplanmıştır.
Serbest enerjinin negatif olmasından açıktır ki kil ile Cs+ iyonu arasında sıkı bir
girişim vardır. Ayrıca kille ilgili safsızlıklar reaksiyon mekanizmasında etkili
olmuştur. Sulu çözeltilerdeki metal oksitler çözeltinin pH’sine bağlı olarak yüzey
yükü taşımaktadırlar.
Mimura (1992) ,radyoaktif atık çözeltilerinden Cs+ iyonunun uzaklaştırılması
için spesifik iyon değiştirme özelliklerinden dolayı çeşitli zeolitler kullanmıştır.
Ferierit küçük porlu 3.9 Aº dar kanal sistemi içeren yüksek silika zeolitidir. Büyük
hidrate katyonlar için iyon eleme özelliği vardır. Bu spesifik özellik ferierite Cs
dağılımı izni verir. Bu çalışma Na-Cs, K-Cs ikili sistemlerinde iyon değişim dengesi
ve ferieritin Cs+ iyonu seçiciliği ile ilgilidir. Sentetik ferierit (HS2-KOA 200 mesh)
kireçli yapıdadır ve kil içermez. K+ ve Na+ ile sature edilmiş ferierit (K-F, Na-F)
0.1M KNO3 ile temas ettirilerek hazırlanmıştır. Ferieritin Na+ formundaki Na+-Cs+
dengesi iyon değişimi izoterminin konveks profili, sulu fazdaki sezyum için yüksek
seçimliliği gösterir. Konveks profil, aynı zamanda adsorpsiyonun Langmuir
eşitliğine uyduğunu gösterir. Seçicilik katsayısı log KCs/Na nın pozitif oluşu
Ferieritin, Cs+ iyonu için yüksek seçicilikte olduğunu göstermiştir. ∆ Gº= -10.7 olup
Chabalit ve Clinoptilolit zeolitlerinin ∆ Gº değerlerinden daha azdır. K-Cs ikili
sistemlerinde ise log KCs/Na’nın değeri pozitif olmasına karşılık, Na+-Cs+ sistemine
göre daha küçüktür. Bu da küçük çaplı hidrate K+ un, büyük çaplı Na+ iyonundan
25
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
ferierit için daha fazla afiniteye sahip olduğunu göstermiştir. ∆ Gº = -4.11 KJ/mol
olup, Clinoptilolit’teki benzer sisteminkinden daha düşüktür. Böylece radyoaktif likit
atıklardan Cs+ iyonu uzaklaştırılmasında, ferieritin’in diğer zeolitlere göre üstünlüğü
vardır.
Samanta (1992) tarafından, oldukça tuzlu radyoaktif çözeltilerden, fenolik
iyon değiştirici reçinelerle Cs+ iyonunun seçici uzaklaştırılması için çalışma yapılmış
ve çok miktarda Na+ iyonlarının varlığına rağmen, basit fenolik polimerlerin etkili
olduğunu görülmüştür. Fenol, resorcinol, catechol, catechol+ resorcinol+ fenol
karışımlarından oluşan fenolik reçineler, alkali şartlar altında formaldehit ile kodanse
edilerek sentezlenip, açık ve kapalı şartlarda ısıtılarak kurutulmuştur. Açık kurutma
işlemi görmüş reçine daha kararlılık göstermiştir. Resorcinol formaldehit reçine, en
yüksek sezyum tutulmasını sağlamıştır. Tutulma, iyon değişim mekanizması ile
yürümüştür. Farklı Cs+ iyonu derişimleri ile elde edilen veriler Freundlich eşitliğine
uymuştur. Çözeltideki NaOH konsantrasyonunun artışı ile Cs+ iyonu tutulması
azalmıştır. İyon değişim kapasiteleri, geleneksel politiren-divinilbenzen içerikli
reçinelerde bulunanlarla karşılaştırıldığında daha düşüktür. Buna kuru reçinelerdeki
fenolik-OH gruplarının varlığı neden olmuştur. Düşük nem, reçinelerin şişmesini
engelleyip kapasiteyi düşük tutmuştur. Resorcinol, reçineye yüksek sezyum afinitesi
verir. Aynı şartlardaki geleneksel sulfonik ve karboksilik reçineler hiç Cs+ iyonu
tutulması yapmazlar. Catechol reçineler, zayıf Cs+ iyonu tutulması göstermiştir C-RF reçine karışımında ise resorsinol içeriği yüzünden tutulma artmıştır.
Cornell (1992), Quartz, kalsit ve kil içerikli farklı kireçli toprak örneklerinde
Cs+ iyonu adsorpsiyonu deneylerini, pH’si 7.3 olan sentetik yer altı suyu ve 0.1M
inert elektrolit kullanılarak yapmıştır. Başlangıç Cs+ iyonu konsantrasyonu 10-8-10-4
aralığında, adsorpsiyon hızlı, tersinir fakat lineer değildir. Dengede, 10-8’den düşük
Cs+ iyonu konsantrasyonunda adsorpsiyon, izotop değişim reaksiyonu ile; daha
yüksek konsantrasyonlarda ise iyon değişimi reaksiyonu ile gerçekleşmiştir. Kaya/su
oranı ile dağılım katsayıları, 23-995 ml/g arasında farklılık göstermiştir. Bu farklılık,
Cs+
iyonunun
lineer
olmayan
izotermleri
ile
açıklanabilir.
İki
örneğin
kompozisyonlarının farklılığına rağmen, Cs+ iyonu tutulmaları aynı değerlerde
26
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
bulunmuştur. Bunun nedeni, her iki örnekte de adsorplayıcı bileşenin (illit) içeriğinin
aynı olmasıdır.
Shenber (1993) tarafından, doğal killerle, sulu çözeltilerden Cs+ iyonu
adsorsiyonunun çok hızlı bir reaksiyon olup, film difüzyon mekanizmasına dayandığı
görülmüştür. Yüksek oranda Ca+2 ve Mg+2’lu kil içeren farklı topraklarla yapılan,
Cs+ iyonu adsorpsiyon davranışı oldukça kompleks olmuştur. Dağılım katsayısı
değerleri kararlı sezyum konsantrasyonu arttıkça düşer. Aynı zamanda adsorpsiyon,
K+ ve NH +4 iyonu konsantrasyonlarına da hassastır. Kil miktarı yüksek topraklarda,
Kd değeri bağıl olarak yüksek çıkmıştır. Kil içeriği az olan kumlu topraklarda, Kd
değeri 6-7 defa düşük olmuş ve Cs+ iyonu adsorpsiyonu toprağın kil oranı arttıkça
artmıştır. Toprak parametreleri ile Kd değerleri arasında kesin bir ilişki vardır.
Mimura ve arkadaşları (1993), doğal zeolitler, cliptonit ve mordanit üzerinde,
Cs ve Sr iyonlarının adsorpsiyonunu, etkileşme zamanı ve pH’a bağlı olarak
incelemiştir. Dağılım katsayısı Kd, her iki iyon için de asidik bölgede doğrusal olarak
artmıştır. Cs için bulunan Kd değeri, cliptonit ve Sr için bulunan değerden 10 kat
daha büyük bulunmuştur. Adsorpsiyon reaksiyonunun Langmuir izotermine uyduğu
gösterilmiş ve adsorpsiyon kapasiteleri hesaplanmıştır.
Yücel (1993),
137
Cs radyoizotopunun topraktaki adsorpsiyonunu ve düşey
ilerlemesini baç ve kolon deneyleri ile incelemiştir. Bu çalışmada, toprakta
radyoizotopun dağılma faktörünün, geciktirme faktörü kadar, düşey ilerlemeyi
yavaşlattığı gözlemlenmiştir. Ayrıca düşey ilerlemenin eksponansiyel olarak azaldığı
görülmüştür.
Chang ve Hsu (1993), Cs+’nin adsorpsiyonunu, humic asit içeren bazı toprak
örnekleri üzerinde humic asit bileşimine bağlı olarak incelemiştir. Dağılım katsayısı
Kd’nin, humic asit miktarı arttıkça azaldığı gözlenmiştir. Bu süreç, humic asit
tarafından bazı adsorpsiyon konumlarının tutulması olarak yorumlanmıştır.
Sinha (1994), Zeolit-13X kullanarak, Cs137 izotopu içeren radyoaktif atık
uzaklaştırma
işlemlerinde,
Kd
değerlerinin
çözeltide
bulunan
Cs+
iyonu
konsantrasyonuna bağlı olduğunu gözlemlemiştir. Karıştırma işlemi denge zamanını
48 saatten 2 saate indirmiştir. 0.005-0.1N arasındaki yüksek Cs+ iyonu
konsantrasyonlarında,
karıştırma
sonucu
27
tutulma,
tanecik
tutulma
kontrol
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
mekanizması ile; seyreltik konsantrasyonlarda film difüzyonu mekanizması ile
olmuştur. Denge çalışmasında, %50 oranında Na+ iyonlarının varlığında ve
çözeltideki toplam iyonik konsantrasyon 0.1N iken, Na+ iyonlarının Cs+iyonları ile
yer değiştirdiği görülmüştür.
Hsu ve arkadaşları (1994), Sezyum ve stronsiyumun adsorpsiyonunu toprak
fraksiyonlarının yapısına bağlı olarak, radyoaktif izleme tekniği ile incelemişlerdir.
Montmorillonit ve kaolinit yapıdaki örneklerin sezyumu ve stronsiyumu illit yapıdaki
örneklerden daha fazla adsorpladığı görülmüştür. Ayrıca sezyumun, her iki toprak
örneği için de stronsiyumdan daha iyi adsorplandığı görülmüştür. Sonuçlara
Freundlich ve Langmuir izotermi uygulanmış ve sonuçların Freundlich izotermine
daha iyi uyduğu görülmüştür. Freundlich izoterm sabiti n değeri, her iki toprak
örneğinde stronsiyum için 1’e yakın , sezyum için ise 1’den küçük bulunmuştur.
Deneysel sonuçların 1. mertebe kinetiğe uyduğu gösterilmiş ve hız sabiti değeri,
sezyum için stronsiyumdan daha büyük bulunmuştur.
Apak ve arkadaşları (1995), Cs137 ve Sr90 iyonlarının kırmızı çamur üzerinde
adsorpsiyonunu, radyoaktif izleme tekniği ile adsorbantın tanecik büyüklüğü,
çözeltinin pH değeri ve sıcaklığa bağlı olarak incelemiştir. Cs137 ve Sr90’un
adsorpsiyonu adsorban yüzeyindeki SOH konumlarına bağlı olarak yorumlanmıştır.
Deneysel sonuçlar Cs için B.E.T tipi izoterme, Sr için B.E.T Langmuir tipi izoterme
uygulanmıştır. Çözeltinin pH değerinin artması ile stronsiyumun iyon değişimi
artmış, fakat bu sezyumun spesifik adsorpsiyonunu azaltmıştır. NaCI gibi elektrolit
ilavesi, sezyumun adsorpsiyonunu azaltmış fakat stronsiyumun adsorpsiyonunu
belirgin olarak etkilememiştir.
Yücel ve Özmen (1995), kontamine çaylardan elde edilen
137
Cs
ekstraksiyonunun, kumlu killi toprakta ilerlemesini araştırmışlardır. Bu araştırmada,
çalışılan toprak için göç hızı tesbiti yapılmıştır.
Lai ve arkadaşları (1996), Tayvan’da seçilmiş orman bitkileri ve topraktaki
137
Cs’un konsantrasyonlarını incelemişlerdir. Bu alan çalışmasında, 5-10, 10-15, 15-
20 cm toprak kalınlığındaki radyoaktiviteyi ölçerek, toprak yoğunluğu ile
konsantrasyonun ilgisi olduğunu gözlemlemişlerdir. Ayrıca bitki köklerindeki
radyoaktiviteyi ölçerek topraktan geçişi izlemişlerdir.
28
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
137
Cs tutulmasını
Bulgakov ve Konoplev (1996), Toprak tarafından
araştırmışlardır. Bu çalışmada, heterojen toprak fazı için difüzyonel modelde yapılan
değişiklik ile uygun sonuçlara ulaşıldığı belirtilmiştir.
Atun ve arkadaşları tarafından (1996.a), Montmorillonit kilinde Cs+ iyonunun
adsorpsiyon davranışı, adsorbanın özellikleri ve çözeltinin iyonik şiddetinin
fonksiyonu olarak incelenerek, Cs+ iyonunun adsorpsiyon kapasitesinin, iyonik şiddet
arttıkça azaldığı gözlenmiştir. NaCI konsantrasyonu arttıkça Cs+ iyonunun
adsorpsiyonun düşmesi, montmorillonit kilinin adsorpsiyon konumlarının Na+
iyonları ile kaplanması, sonra da adsorplanan Cs+ iyonlarının uzaklaşması ile
açıklanmıştır. Cs+ iyonun iyon değişim adsorpsiyonu, rekabetçi iyonlara çok bağlıdır.
Küçük boyutlu hidrate Cs+ iyonunun, büyük boyutlu hidrate Na+ iyonuna göre
montmorillonit kiline affinitesi fazladır.
Kirchner (1997), Toprağın içinde, radyoizotopun taşınımının matematik
modellemesi için üç metod kullanılmasını önermiştir. Bu modelin taşınımı tam
realize etmeyen yönleri mukayeseli olarak incelenmiştir.
Arapis ve arkadaşları (1997), Beyaz Rusya toprağındaki
137
Cs ve
90
Sr’un
etkin göç hızı üzerinde çalışmışlardır. Bazı topraklarda Cs ve Sr’un göç hızlarının
aynı olduğu gözlenmiştir. Toprağın ilk 10 cm’sinin, ilerleme hızı bakımından önemli
olduğu, 50 cm ve sonrasının ise radyoizotopun ilerlemesi için ihmal edilebilecek
mertebede olduğu belirtilmiştir. Ayrıca göç hızının hidrolojik şartlara bağlı olduğu ve
radyoizotopun düşey hareketliliğinin toprağın cinsine bağlı olduğu bir matematik
model ile gösterilmiştir.
Ivanov ve arkadaşları(1997), Çernobil nükleer reaktör kazasını takiben
Ukrayna, Beyaz Rusya ve diğer Rusya topraklarında
137
Cs ve
90
Sr dağılımını, bir
bileşenli yarı düfizyon modeli kullanarak araştırmışlardır. Böylelikle, Çernobil
nükleer reaktör kazasının Rusya’daki kirliliğini değerlendirmişlerdir. Bu çalışmada
da toprağın 20 cm derinliğinden sonra hata artmaktadır.
Schuller ve arkadaşları (1997) tarafından Güney Şili’deki zirai topraklarda,
137
Cs’nin dikey ilerlemesi araştırılmıştır. Konvektiv-yayınım denklemi kullanılarak
bir boyutlu akış ve sabit toprak nemi ile radyoizotop konsantrasyonu tayini yapılmış
29
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
ve dikey ilerleme, 1m3 toprak için bu şekilde incelenmiştir. Ancak, bu çalışmada da
realiteden sapmalar bir hayli fazladır.
Ekpo (1997), Nijerya’nın Akwa Ibom eyaletindeki yüzey toprağını
incelemiştir. Bu çalışma ile, çevre radyoaktivite ölçümleri yapılarak söz konusu
çevre için radyoaktivite sınırları belirlenmiştir.
Shahwan ve arkadaşları (1997) tarafından, Cs+ ve Ba+ katyonlarının, magnesit
üzerinde adsorpsiyonu, zamana, konsantrasyona ve sıcaklığa bağlı olarak izleme
tekniği ve X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) yöntemi ile incelenmiştir.
Adsorpsiyon verileri, Freundlich tipi izoterme uygulanmış ve Freundlich
parametreleri k ve n değerleri, sıcaklığa bağlı olarak yorumlanmıştır. Termodinamik
parametre değerlerinden adsorpsiyon reaksiyonunun ekzotermik olduğu anlaşılmış ve
negatif bulunan ∆ H, ∆ S ve ∆ G değerleri yorumlanmıştır.
Kirchner (1998), radyoizotopların topraktaki dağılımını, transfer modelleri
kullanarak incelemiştir. Bu çalışmada, konuyla ilgili iki önemli metod olan konvektif
dağılım ve konvektif stokastik modellerin çeşitli durumlarda birbirlerine göre
üstünlüklerini ortaya koymuşlardır. Lizimetre deneyi olarak, 25 × 25 × 70 cm3
boyutlarında borularda toprak ile çalışılmıştır. Ancak, her iki hesaplamada da 20 cm
toprak derinliğinden sonra hatanın önemli ölçüde arttığı gözlemlenmiştir.
Sanford ve arkadaşları (1998), 100 cm’lik lizimetrik boruya doldurulmuş atık
kumda, radyosezyum ve stronsiyumun göçü ile ilgili olarak radyoizotop salınımının
analizini yapmışlardır. Lizimetrik borunun ortasına cinsi bilinmeyen kökler
yerleştirilerek kökteki ve kumdaki
137
Cs
ve
90
Sr konsantrasyonunun düşey
ilerlemesini takip etmişlerdir.
Isakson ve Erlandson (1998), yerdeki
137
Cs’nin düşey ilerlemesi için model
çalışmasını, saha çalışmasıyla gerçekleştirmişlerdir. Çernobil kazası ve nükleer silah
testleriyle ilgili,
137
Cs radyoizotopunun düşey ilerlemesinin, üç farklı model
kullanarak takibi yapılmıştır. Sonuçta, modellerde yüzeye çok yakın taşınımlar için
uygun,
diğer
farklı
derinliklerde
farklı
sonuçlar
bulunduğu belirtilmiş ve ayrıca kompartman modeli ile de sonuçlar test edilmiştir.
Rajek ve arkadaşları (1998), doğal zeolitlerden Clinoptilolit ve Mordenit
içeren 10 ayrı bölgenin topraklarında, radyoaktif çözeltilerden Cs+ iyonu
30
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
uzaklaştırılması çalışması yapmışlardır. Clinoptilolitin yer değiştirebilen katyonları
Ca+2- K+, Mordenitin Ca+2- K+- Na+ dur. Cs+ iyonu adsorpsiyonunda, K+ iyonu etkisi,
uygun, Cs+ iyonu konsantrasyonları ve 0.005mol/L KCI konsantrasyonu sabit olmak
üzere ayarlandıktan sonra çalışılmış ve CEC tayini için 5mol/L NH4CI ilave
edilmiştir. Farklı Clinoptilolitik materyallerde Cs+ iyonu adsorpsiyonu, dengedeki
Cs+ iyonu konsantrasyonlarına bağlı olmuştur. Gözlenen maksimum kapasite, Cs+
iyonunun CEC ile ilgili değildir ve en yüksek Cs+ iyonu adsorpsiyonu BeliBlast
toprağında görülmüştür. Teblice toprağı düşük Cs konsantrasyonunda (1.10-4M) en
yüksek dağılım katsayısını vermiştir. Bu maddenin zeolit bolluğu %50 ve K+ iyonu
içeriği diğerlerinden farklı bulunmuştur. Bütün Clinoptilolitikler için Kd, 0.005
mol/L KCI konsantrasyonunda düşük bulunmuştur. Kd değerinin, gerek rekabetçi
iyonların varlığı gerekse artan Cs+ iyonu konsantrasyonu ile düştüğü, bu çalışmada
da gözlenmiştir. En yüksek Kd, BeliBlast ve Metaxades topraklarında bulunmuştur.
Tüm topraklarda katyonlar Cs+ iyonu ile yer değiştirmiş, sadece Metaxades’de kısmi
yer değiştirme olmuştur (CEC %50). Clinoptilolitierde Freundlich izotermi uyduğu
için çoklu konum adsorpsiyonu göstermiştir. Deney sonuçlarına göre CEC %28 olan
BeliBlast’da bulunan mineraller en etkili adsorpsiyon konumlarına sahiptir. En seçici
konumlar yer değiştirilebilen K+ iyonuna ait olanlardır ve Kd leri yüksektir.
Kirchner ve arkadaşları (1998), radyoizotopların toprak içindeki hareketini
kompartman modeli ile incelemişlerdir. Toprakta radyoizotopların dağılımının
eksponansiyel olduğu ve buna karşın adsorplamanın lineer olduğu gösterilmiştir. Bu
çalışmada difüzyon katsayısı, moleküler düfizyon ve yatay yayınım olarak iki
kısımda değerlendirilmektedir. Ayrıca, geciktirme katsayısı fonksiyonel olarak
kullanılmıştır.
Dyer ve arkadaşları (1999), Sezyum ve stronsiyumun Pillard killeri
üzerindeki adsorpsiyonunu, 10-1-10-4 M konsantrasyon aralığında ve Na+, K+, NH +4 ,
Ca++, Mg++ gibi iyonların etkisi bakımından incelemişlerdir. Dağılım katsayısı Kd,
rekabetçi iyonların değerliğine göre azalmıştır. İyon çapı ve değerlik arttıkça
sezyumun adsorpsiyonunda azalma görülmüştür.
A.Nispet ve R.F.M. Woodman
(2000), farklı toprak ve çeşitli bitki kombinasyonu ile çalışmışlardır. Bu çalışmada,
lizimetre ve alan çalışmaları karşılaştırılmaktadır. Alan çalışmasında elde edilen
31
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
transfer faktörünün, lizimetre çalışması ile elde edilenden daha küçük olduğunu
belirlemişlerdir. Ancak, Cs ve Sr’un transfer faktörü bakımından farklılık
göstermediği tespit edilmiştir. Ayrıca, toprak karekteristiğinin ve potasyumun
varlığının, transfer faktöründe %30’dan fazla değişiklik yaratmadığı, organik madde
miktarının ise transfer faktörünü artırdığını gözlemlemişlerdir.
Gillett ve arkadaşları (2000), çalışmalarında Cs-137 radyoizotopunun
transferi konusunda toplanmış veriler üzerinden değerlendirme yapmışlardır. Bu
değerlerden hareketle, yöresel toprak yüklenmesi konusuna açıklık getirmeye
çalışmışlardır.
Akyüz ve arkadaşları (2000), Sivrihisar-Eskişehir bölgesinden alınan kırmızı
kil örnekleri üzerinde sezyum ve stronsiyum iyonlarının adsorpsiyonunu, EDXRF
spektrometresi kullanarak, 20-400 mg/L konsantrasyon aralığında incelemişlerdir.
XRD yöntemi ile kilin montmorillonit, illit, klorit ve kuvars içerdiği belirlenmiştir.
Deney sonuçları, Freundlich ve D-R izotermlerine uygulanmış ve D-R izoterminden
adsorpsiyonun
ortalama
enerjisi
hesaplanılarak
adsorpsiyon
makanizması
yorumlanmıştır.
Wang ve arkadaşları (2000), radyoaktif sezyumun, kırmızı toprak ve bu
toprakla ilgili toprak bileşenleri tarafından alınması ve bırakılması konusunu
incelemişlerdir. Bu konuyla ilgili göreceli bir değerlendirmeye gitmişlerdir.
Tsai ve arkadaşları (2000)tarafından, JH bentonitinin, Cs ve Sr’un tutma
davranışları batch yöntemi kullanılarak araştırılmıştır. Sonuçlar göstermiştir ki JH
bentoniti, Cs ve Sr için iyi bir tutma kapasitesine ve hızlı bir tutma hızına sahiptir. JH
bentonitinde Cs ve Sr’un difüzyon davranışları through-difüzyon tekniği kullanılarak
araştırılmıştır. Düşük difüzyon sabiti ve yüksek geciktirme faktörü nedeniyle bu
bölgesel JH bentoniti ile yapılan çalışma göstermiştir ki, bentonit Cs ve Sr’un çevreye
salıverilmesini sınırlamakta etkin bir bariyer olarak kullanılabilir. Difüzyon
deneylerinden elde edilen görünür difüzyon sabiti ve geciktirme faktörlerinin ikisi
de, değerlendirme ve performans belirleme amaçları için uygun ve geleneksel
seçimlerdir. Alternatif olarak eğer yalnız batch tutma deney sonuçları mevcut ise,
geciktirme faktörü değerleri, bir büyüklük mertebesi küçültülmelidir.
32
2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
F.Aysun UĞUR
Murali ve Mathur (2002), Sr2+, Am3+ve Cs+ iyonlarının adsorpsiyon
özelliklerini, bentonit ve granit üzerinde, pH, adsorban miktarı ve adsorbat
konsantrasyonuna bağlı olarak incelemişlerdir. Bentonit üzerinde iyonların
adsorpsiyon sırası Am>Cs>Sr olarak bulunmuştur. Na+, K+, Ca2+ ve Mg2+
iyonlarının, bentonit üzerinde sezyum ve stronsiyumun adsorpsiyonuna etkisi
incelenmiştir.
Adsorpsiyon
verileri
Freundlich
ve
Langmuir
izotermlerine
uygulanmış ve Langmuir eşitliğinden yararlanılarak tek tabaka adsorpsiyon
kapasitesi Vm ve bağlanma enerjisi K hesaplanmıştır. Stronsiyum ve sezyum
iyonlarının granit üzerinde adsorpsiyonu bentonit üzerindeki adsorpsiyonundan daha
düşük bulunmuştur. Serbest enerji değişmesi ∆G ’nin değeri negatif bulunmuş ve
adsorpsiyonun kendiliğinden olduğu gösterilmiştir.
Shahwan ve Erten (2002) tarafından, sezyumun kaolinit, klorit-illit ve
bentonit gibi doğal killer üzerindeki adsorpsiyonu zamana, konsantrasyona ve
sıcaklığa bağlı olarak radyoaktif izleme tekniği ile incelenmiş, adsorpsiyon
verilerinin Freundlich ve D-R izotermlerine uyduğu görülmüştür. Dağılım katsayısı
Kd değerleri, yüksek iyon yüklemesinde büyük, düşük iyon yüklemelerinde ise
klorit- illit karışımı için yüksek bulunmuştur. Yükleme eğrilerinin biçimine göre
adsorpsiyon mekanizması, katının yüzeyindeki adsorpsiyon konumlarının varlığına
bağlı yorumlanmıştır. Deneysel sonuçların 1. mertebe kinetiğe uyduğu gösterilmiş ve
hız sabiti değeri, sezyum için stronsiyumdan daha büyük bulunmuştur.
33
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
3. MATERYAL VE METOD
3.1. Kil Mineralleri Ve Çeşitleri
3.1.1. Genel Özellikler
Toprağın ayrışması sırasında ortaya çıkan mineraller arasında en önemlileri
kil mineralleridir. Bu nedenle toprakların ve sedimentlerin önemli
kısmını
oluştururlar ama püskürük kayalarda bulunmazlar. Kil mineralleri iyi kristalize
olmuş, OH içeren alüminosilikatlardır. Yaprakçık şeklinde kristal yapıya sahiptirler
ve bu nedenle mikalar gibi tabakalı veya fillosilikatlardandırlar. Yaprakçıkların çapı
çoğunlukla 2µm’den küçüktür, kalınlığı ise 2-50 nm kadardır. Bu nedenle çoğunlukla
kil fraksiyonunda bulunurlar. Kil mineralleri kilce zengin olan topraklara, plastiklik,
şişebilme ve büzülebilme, iyonları ve molekülleri adsorbe ve desorbe etme yeteneği
kazandırırlar.
Tablo 3.1. Topraklarda yaygın olarak bulunan tabaka strüktürlü kil minerallerinin
sınıflandırılması
Tabaka arası dolgusu Negatif yük1
Tabaka Tipi
1:1-veya iki tabakalı
mineraller
Si2O3(OH)4
2:1-veya üç tabakalı
mineraller
Si* 4O10(OH)2
*
kısmen Al
Grup adı
Kaolinit
Yok
Tek tek katyonlar
çıplak veya
Hidratize
0,2-0,6
0,6-0,9
1,0
Smektit
Vermikulit
Mikalar**
Hidroksit
Tabakası
Değişken
Klorit
**
İllitler için bak. Böl IV 2b (1) 1Her yarım formül birim için
34
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Tablo 3.2. Bazı kil minerallerinin kimyasal bileşimi (ağırlık %si)
Kil
minarelleri
Kaolinitler
Smektitler
İllitler
Vermikulitler
Kloritler
SiO2
Al2O3
Fe2O3
TO2
CaO
MgO
K2 O
Na2O
45-48
42-55
50-56
33-37
22-35
38-40
0-28
18-31
7-18
12-24
0-0,2
0-30
2-5
3-12
0-15
0-0,3
0-0,5
0-0,8
0-0,6
------
----0-3
0-2
0-2
0-2
-----0-2,5
1-4
20-28
12-34
----0-0,5
4-7
0-2
0-1
-----0-3
0-1
0-0,4
0-1
Tablo 3.3 Yaygın Kil Minerallerinin ortalama yapı formülleri (x= değişebilir
katyonlar ekivalen olarak, y=H2O’ların değişken katılımı, dioktaedrik,
triok=trioktaedrik
Oktaederin
Merkez
Katyonları
(Al1,9Fe3+0,04Ti
0,04)
Al1,96
Tetraederin
Merkez
Katyonları
Anyonlar
Ve Su
Tabaka
Arasındaki
Maddeler
Kaolinit
X0,04
Halloysit
X0,04
İllit (diokt)
K0,64X0,10
Glaukonit
K0,72X0,06
Vermikulit
(triokt)
X0,71
(Mg2,40Fe3+0,34
Fe2+0,09Al0,14) (Si2,87Al1,13)
O10(OH)2.yH2O
Montmorilloni X0,39
t(triokt.)
(Al1,50Fe3+0,12F
e2+0,01Mg0,38) (Si3,95Al0,05)
O10(OH)2.yH2O
(Si1,95Al0,05)
(Si1,95Al0,05)
(Al1,46Fe3+0,21F
e2+0,08
(Si3,55Al0,45)
Mg0,28)
(Al0,48Fe3+0,96F
e2+0,17Mg0,41) (Si3,74Al0,26)
Klorit
Mg1,23Fe2+0,63 (Mg1,62Fe2+0,90
(Si2,62Al1,38)
Al1,09
F3+0,22Al0,23)
Paligorskit
X0,08
(Mg1,35Al0,46F
e3+0,24TiO0,03)
35
Si4
O5(OH)4
O5(OH)4.H2O
O10(OH)2.H2O
O10(OH)2.yH2O
O10(OH)8
O10(OH)(OH2)2.2H2O
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Kil mineralleri, tabakalı silikat oldukları sürece, tabaka tiplerine, tabaka arasındaki
maddelere ve formül birimine düşen net negatif yüke göre kaolinit, smektit,
vermikülit, mika ve klorit gruplarına ayrılırlar (Tablo 3.1). Kimyasal bileşimleri,
özellikle de yan maddeler içerikleri aynı mineral tipinde, geniş sınırlar içinde
değişimler gösterebilir (Tablo 3.2). Kimyasal bileşim yapı formüllerinde de
görülebilir, bunlardan tipik olanlar Tablo 3.3’da liste halinde verilmiştir.
3.1.1.1. Kristal Yapısı
Kil minerallerinin oluşumunu, değişimini ve özelliklerini anlayabilmek için
kristal yapısını bilmek gerekir. Kristal yapı elementleri, kolay ifade etmek için, iyon
şeklinde gösterileceklerdir. Aslında kil minerallerinde iyonik bağ yanında, kovalent
bağda vardır. Kristal örgüsündeki değişik iyonların çapları, Tablo 3.4’de verilmiştir.
Kil minerallerinin kristal örgüsü sıkı bir şekilde paketlenmiş O ve OH
iyonlarının (ligandlar) tabakalarından ve bu tabakaların aralarında oksijene oranla
küçük Si, Al, Fe ve Mg gibi katyonlardan (merkezi katyon) oluşmuştur. Merkezi
katyonlar, O ve OH iyonlarının negatif yüklerini nötrleştirirler. Si (aynı zamanda Al)
gibi küçük iyonlara 4 oksijen iyonu (koordinasyon sayısı Ks= 4), daha büyük olan Al,
Fe ve Mg iyonlarına ise 6 oksijen ya da OH iyonu bağlanmıştır (Ks= 6). Oksijen ve
OH iyonlarının orta noktaları birbirine bağlandığında iki farklı yapı oluşur; Ks4’de
(SiAL)O4 formülünde bir tetrahedral Ks6’da ise (Al, Mg, Fe)(O, OH)6 formülünde bir
oktahedral ortaya çıkar.
Tablo 3.4. Kristallerdeki değişik minerallerin efektif çapları (A) (eğer değer
verilmemişse koordinasyon sayısı IV de (C,Si,Ti,S) veya Vı’ye(diğer bütün
elementler) ifade edilmiştir.(Shannon, 1976)
Na
K
NH4
Mg
Ca
1,02
1,38
1,47
0,72
1,00
AlıV
AlVı
Fe+2
Fe+3
Mn+2
Mn+4
C+4
Si
Ti
0,39
0,535
0,78
0,645
0,83
0,53
36
0,15
0,26
0,42
P+5
O
OH
Si+6
Cl
0,38
1,40
1,37
0,12
1,53
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Şekil 3.1 Bir SiO4- tetrahedralinin (solda) ve Al(O,OH)6 oktahedralinin (Sağda) yapı
modeli. Büyük küreler O ve OH iyonlarını küçükler ise merkez katyonlarını temsil
etmektedir. Si tetraederde, Al oktaederde.
Bütün tetrahedral merkezleri, merkez iyonları tarafından doldurulmuşlardır.
Oktahedral merkezleri ise ya aynı şekilde tamamen veya 2/3 oranında
doldurulmuşlardır. Son durumda her üçüncü iyon eksik demektir.(Şekil 3.5). Bütün
oktahedrallerin doldurulduğu minerallere (3/3) trioktahedrik, 2/3 oranında olanlarına
ise dioktahedrik denir. Ancak her ikisi arasında geçit durumlar vardır.
Tabaka silikatları içinde tetrahedraller ve oktahedraller ortak O ve OH
iyonları ile tabaka şeklinde bileşirler. Şekil 3.3’de tetrahedral tabakasında oksijen
iyonlarının ağ şeklinde örülmesi şematize edilmiştir. Her üç oksijen iyonunun
arasında bir boşluk görülmektedir. Bu oksijenler tetrahedralin tabanını oluşturur. Bu
boşluğa silisyum iyonu girer; ayrıca 6 oksijen tarafından daire biçiminde çevrilen
daha büyük serbest bir boşluk vardır. Tetrahedralin tepesini oluşturan dördüncü
oksijen iyonu burada gösterilmemiştir.
37
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Şekil 3.2 Bir tetrahedral tabakasında, oksijenin ağ örgüsü. Büyük küreler
oksijeni, küçükleri ise tetrahedralin merkez katyonlarını (Si, Al) temsil etmektedir.
( Marshall, 1964)
Tetraeder ve oktaeder tabakaları ortak oksijen iyonları sayesinde birbirlerine
bağlanmışlardır (Şekil 3.3).
Tetrahedral ve oktahedral tabakalarının üstüste sıralanma şekillerine göre
(Şekil 3.3-3.4 ) 2 türlü kil minerali ayırt edilir; (1) İki tabakalı veya (1:1)-mineralleri,
(2) üç tabakalı (2:1) mineralleri. İki tabakalılarda düzenli olarak bir tetrahedral bir
oktahedral birbirini izler. Üç tabakalılarda ise, tetrahedral- oktahedral- tetrahedral
şeklinde bir dizilme vardır.
Böyle oluşan bir dizilime silikat tabakası denir. Buna göre 1:1 silikat tabakası
3(O, OH) tabakasından oluşur(Şekil 3.4), bunlardan dış tarafta bulunanlardan birisi
tamamen tetrahedral tabakasına, diğeri de tamamen oktahedral tabakasına, ortadaki
ise her iki tabakaya aittir. 2:1 tipi minerallerde 4(O, OH) tabakaları vardır(Şekil 3.4);
bunlardan en dışta bulunan ikisi tamamen tetrahedral tabakasına, ortada bulunanlar
ise hem tetrahedral hem de oktahedral tabakalarına aittirler. O ve OH iyonlarının
tabaka halinde dizilişleri, kil mineralinin yaprakçık biçiminde oluşmasına
nedendir(Fillosilikatlar). Silikat tabakaları ile bunların arasındaki bölgenin kitle
yoğunluğu farkı nedeniyle, kil minerallerinin tabaka yapısı çok büyütülerek elektron
mikroskopta görülebilir.
38
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Şekil 3.3 Tetrahedral ve oktahedral tabakalarının iki tabakalı minerallerde(yukarıda)
ve üç tabakalı minerallerde(altta)diziliş şekli(Jasmund, 1979). Tetrahedral ve
oktahedralin daha iyi görünmesini sağlamak için O ve OH iyonları çok küçük
gösterilmiştir. Gerçekte bunlar o kadar büyüktür ki, merkez katyonlarını tamamen
kapatırlar.
39
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Şekil 3.4 Kaolinit, illit, smektit ve kloritin strüktür modeli ile bunların tabaka arası
açıklığı (X= silikat tabakaları arasında hidrate olmuş değişebilir katyonlar).
Tabaka yapısı periyodik olarak tekrar eder ve nitekim sadece düşey yönde
tabakalara doğru ; ayrıca tabakaların arasında ortamın diğer yönlerine de devam eder.
Kristalin bütün yönlere doğru periyodik şekilde var olan birimlerine birim hücreler
denir. Bunların büyüklüğüne ve bileşimine göre mineral tanımlanır. Tablo 3.2’de
verilen bileşimler, bir elementer hücrenin yarısına aittir.
Tabakaların birbirine tutunması 1:1 minerallerinde hidrojen köprüleri ile
(OH......O), 2:1 minerallerinde ise negatif yüklü 2:1 silikat tabakaları arasına
katyonların veya pozitif yüklü hidroksit tabakalarının(Tablo 3.1)tutunması ile
gerçekleşmektedir.
Gerçek kristal levha birçok(10-40)silikat tabakasının bir araya gelmesi ile
oluşur. İki silikat tabakasının bazal yüzeyleri arasındaki aralığa bazal aralık
denir(d001); bu aralık X ışınları ile ölçülebilir ve mineral tipinin tespit edilmesini
sağlar. Silikat tabakaları arasındaki bağlanma, silikat tabakasının içindeki
bağlanmaya oranla daha zayıf olduğundan, kil mimeralleri mikalar gibi kolaylıkla
tabakaya paralel bir biçimde yarılabilirler.
40
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Şekil 3.5 M2 (Al3Mg) (Si7Al) O20(OH)4(M= bir değerli, tabakalar arası katyonlar)
bileşiminde bir dioktahedrik üç tabakalı mineralin elementer hücre modeli.
3.1.1.2. Silikat Tabakalarının Yükü
Bir silikat tabakası içinde bütün merkez iyonlarının pozitif yükü, bütün
anyonların(O ve OH)yüküne eşitse, silikat tabakasının yükü yoktur. Örneğin bu
durum
dioktahedrik
üç
tabakalı
mineral
pyrofillit’de(Al2Si4O10(OH)2)ve
trioktahedrik üç tabakalı mineral talk’ ta(Mg3Si4O10(OH)2) vardır; ancak bunlar
topraklarda ender olarak bulunan minerallerdir.
Buna karşılık daha kil minerallerinin oluşması sırasında, tetrahedral veya
oktahedral boşluğuna sığabilen, ancak yükleri farklı merkez katyonları yer
alır(izomorf yer değişim). Bu sırada yüksek değerlikli bir katyon yerine daha düşük
değerlikli katyon geçerse, örneğin bir tetraeder içinde Si+4 yerine Al+3 veya bir
oktaeder içinde Al+3 yerine Mg2+ geçerse, tetrahedralde veya oktahedralde pozitif bir
yük eksik kalır; bu da, O ya da OH iyonlarının sayısı ve buna bağlı olarak negatif
yük sabit olduğundan, fazladan bir negatif yük bulunmasına neden olur. Bu olayın
tersi olduğunda, örneğin Mg+2 yerine Al+3 geçerse, bu defa bir pozitif yük açığa
41
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
çıkar. Silikat tabakasının net yükü(tabaka yükü)her defasında izomorf yer
değişiminin cinsine ve derecesine göre değişir. Toprakların kil minerallerinde tam
(net) yük daima negatiftir.
Negatif fazla yük, silikat tabakaları arasına yerleşen ve bunların birbirlerine
tutunmasını sağlayan katyonların veya pozitif yüklü hidroksit tabakalarının pozitif
yükleri ile dengeleşir, nötrleşir. Birbirlerine komşu olan silikat tabakalarının tutunma
güçleri yük büyüklüğü ile artar. Bazı üç tabakalı minerallerde tutunma o kadar
zayıftır ki, tabakalar arası katyonların çevresinde bir su tabakası vardır (hidratasyon)
ve bu durum silikat tabakalarını birbirlerinden uzaklaşmaya zorlar (kristal içi şişme).
Bu göstermektedir ki, tabakalar arası katyonların hidratasyon enerjisi, tabakaları bir
arada tutan enerjiden daha büyüktür. Şişmenin derecesi tabaka yüküne ve tabakalar
arası katyonların cinsine bağlıdır ve üç tabakalı minerallerin ayırt edilmelerinde
tabaka yükü yanında, belli başlı kriterdir. Eğer silikat tabakaları arasında bir hidroksit
tabakası varsa mineral şişmez.
Bir üç tabakalı mineralin yük durumuna örnek Şekil 3.5’te görülmektedir.
Burada silikat tabakasında 44 negatif ve 42 pozitif yük vardır. Fazla olan 2 negatif
yük, 2 pozitif yükle nötrleşir ve nitekim bunları karşılayan (örneğin 2 tane 1 değerli
katyon) katyon miktarının silikat tabakası arasına tutunması ile bu durum gerçekleşir.
3.1.2. Toprakların Kil Mineralleri
Genel olarak toprakların pedojen kil minerallerinin kristalleri, saf
olanlarınkinden daha küçüktür.ve tam oluşmamışlardır. Kristallerde bozuk yerler
vardır. Kısa bir uzaklıkta, hatta tabakadan tabakaya bazal aralık tabaka yükleri farklı
olur; yani kristalinite azdır. Bunun nedeni her şeyden önce oluştukları ortamla
ilgilidir. Parçacıkların küçük ve kristalitenin az olması topraktaki kil mineralinin,
tabaka yükü yanında yüksek derecede reaksiyona eğilimli olmasına neden olur.
42
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
3.1.2.1. İki tabakalı mineraller
En çok yaygın olan dioktahedrik iki tabakalı mineraller kaolinit ve
halloysit’tir; buna karşılık trioktahedrik serpantin Mg6Si4O10(OH)8 ve Fe(II)
bakımından zengin form olan berthierin ender görülürler. Kaolinit kaolinlerin esas
kısmını oluşturur ve seramik yapımında kullanılır. Kaolinit ve halloysitte her silikat
tabakası bir tarafında O, diğer tarafında ise OH iyonları ile sınırlamıştır. Kaolinitte
silikat tabakaları oktaederin OH iyonları ile buna komşu silikat tabakası tetraederinin
O iyonları arasındaki OH....O hidrojen köprüleri sayesinde birbirine tutunurlar.
Halloysitte ise silikat tabakaları arasına bir H2O tabakası tutunmuştur. Kaolinitin
bazal aralığı 7,0Aº (Şekil 3.4), halloysitin ise H2O tabakası nedeniyle 10 Aº kadardır.
Isıtma, hatta havada kurutma sonunda su uçar ve yaklaşık 7Aº’a büzülür
(metahalloysit).
Tetraederde, Si’un yerine Al’un geçmesini sağlayan izomorf yer değişim ve
buna bağlı olarak silikat tabakalarındaki yük, kaolinitte ve halloysitte düşüktür.
Oktaederlerde bir miktar Al’un yerine Fe+3 geçmiştir, fakat her iki katyonun aynı
değerlikli olması nedeniyle, bir tabaka yükü oluşmaz.
Kaolinit çoğunlukla 6 köşeli yaprakçıklar , halloysit ise borular, yuvarlanmış
yaprakçıklar ve hatta içi boş kürelerden oluşur. Toprakta ayrışma sonunda oluşan
kaolinit kristalleri, çoğunlukla kaolin ocaklarınkinden belirgin şekilde daha küçük
(mm’nin onda biri) ve daha belirsiz sıralanmışlardır. Fe bakımından daha
zengindirler. Fe çoğaldıkça kristal büyüklüğü ve kristalinite düşer (Robert, 1986).
Kristalinitesi düşük olan kaolinitlere Fire-Clay mineraller de denir.
3.1.2.2. Üç tabakalı mineraller
Çeşitli üç tabakalı mineraller, izomorf yerdeğişiminin şekli ve kapsamı ile
tabakalar arası iyonların durumuna göre birbirinden ayırt edilirler (Tablo 2.1).
Kimyasal bileşim, negatif yükün yüksekliği ve şişebilme derecesi birbirinden
farklıdır.
43
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
3.1.2.1.(1). İllitler
İllitler her iki mika cinsi ile, yani dioktahedrik muskovit ve trioktahedrik
biyotit ile yakın akrabadır. Her iki mikanın tetraeder tabakalarında her üç silisyum
iyonuna 1 alüminyum düşer. Bu nedenle silikat tabakalarının artık negatif yükü her
yarım formül için 1,0’dir ve yük dengelemesi silikat tabakaları arasına K iyonlarının
tutunması ile sağlanmıştır. Oktaeder merkezleri muskovitte Al3+ ile, biyotitte ise Fe+2
ve Mg+2 tarafından doldurulmuştur. Buna göre muskovitin formülü Kal2(Si3Al)
O10(OH)2, biyotitinki ise K(Mg, Fe+2, Mn+2) (Si3Al)O10(OH)2 dir. Mikaların bazal
aralığı yaklaşık 10Aº’dur.
Silikat tabakalarının güçlü tutunması yüksek tabaka yüküne ve K iyonunun
büyüklüğüne ve iyi polarize olmasına (Tablo 2.5) dayanmaktadır. K’nın büyüklüğü
oksijen halkasının (Şekil 3.2) boşluğuna tam anlamıyla uymaktadır. Bir katyonun
polarize olma gücü ne kadar büyük olursa, diğer faktörler eşit olmak koşuluyla,
tutunma o kadar güçlü olur.
Tabakaların güçlü tutunması trioktaedrik biyotitte, dioktaedrik muskovite
oranla düşüktür; bu nedenle bitkiler için yararlı (alınabilir) K biyotitte muskovite
oranla daha fazladır. Bu farklılık şu şekilde açıklanabilir: (a) Trioktaedrik mineralde
K-O bağlantısı daha uzundur ve bu nedenle de dioktaedrik minerallerinde
olduğundan daha zayıftır, (b) trioktaedrik üç tabakalı minerallerde OH bağlantısının
vektörü tabaka tabanına hemen hemen dik durumdadır, buna karşılık dioktaedrik
minerallerde 74º’lik bir açı göstermektedir. Bunun sonucu olarak trioktaedrik
mikalarda H iyonları K iyonlarına daha yakın bulumaktadırlar, bu nedenle bunlarda
dioktaedriklere oranla K ve H iyonları arasındaki itme daha güçlü, K bağlanması
daha zayıftır. Bununla şu durum açıklanabilir: Fe+2- OH- grupları oksidasyonla Fe+3O- gruplarına dönüşürlerse K çok daha güç verilir.
İllitler de silikat tabakalarının negatif yükü öncelikle tetraederlerde Si-Al yer
değişimi ile oluşur ve burada tabakalar K iyonları sayesinde sıkı sıkıya tutunurlar ve
bazal aralık mikalar gibi yaklaşık 10Aº’dur. Her ne kadar illitlerle mikalar arasında
sürekli geçit mineralleri varsa da, birbirlerinden bazı noktalarda farklılık gösterirler.
Çoğunlukla dioktahedrik olan illitler, kötü kristalize olmuşlardır ve parçalar daha
44
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
küçüktür (< 2mikrometre). Bunlarda izomorf yer değişimi ve K miktarı (% 4-6) daha
azdır, H2O miktarı ise daha çoktur. Ayrıca, kristal levhacıklarda K’suz ve bu nedenle
genişlemiş kenar kısımlar veya tek tabakalar vardır (Şekil 3.8); bu suretle K miktarı
daha düşük olur. Elektron mikroskop altında illitler, düzensiz şekilde sıralanmış
yaprakçıklar gösterirler. Kristalleri çoğunlukla sadece 10-30 elementer tabakadan
oluşur.
İllitler tamamen genişlemiş tabakalar içeriyorsa, bu durumda illit, vermikulit
veya simektitin değişken tabakalaşmasından söz edilir. Genişlemiş tabakalar,
genişleme sırasında yükleri aşırı derecede düşmemişse, K iyonlarının eklenmesi ile
(örneğin gübreleme) yeniden 10Aº’a büzülebilir. Bu arada ara tabakadaki Ca, Mg ve
diğer katyonlar K’la yer değiştirirler ve böylece su girmez. Eklenen bu potasyum
iyonları güç değişebilir duruma geçerler, yani fikse edilirler.
Yeşil renkli glaukonitler illitlerle akrabadırlar. Bunlar deniz sedimentlerinde
ve bunlardan oluşan topraklarda yaygındırlar ve illitlerden , oktaederlerinde yüksek
miktarda Fe içermeleriyle ayırt edilirler. Bunlarda da K’ca fakirleşmiş tabakalar
vardır.
3.1.2.1.(2). Vermikulitler
Vermikulitler yeşil kahve renkli, genişleyebilen üç tabakalı kil mineralleri
olup yarım formül başına tabaka yükü 0,6-0,9’dur ve bu yük, tabakalar arası
katyonlarla nötralize edilir. Tabaka yükleri yüksek olduğundan K eklendiği zaman
10Aº’a büzülürler. Tabaka yükü 0,6-0,8 olan ince taneli vermikulitler (<2mm) Güney
Almanya’daki lös topraklarında K fiksasyonuna neden olurlar (Rünlicke, 1985). Ara
tabakalardaki su molekülleri, silikat tabakalarındaki oksijen iyonları gibi altılı halka
şeklinde düzenlenmişlerdir ve hem kendi aralarında hem de silikat tabakasının
oksijeni ile hidrojen köprüleri sayesinde bağlanmışlardır. H2O altılı tabakası içinde
tabakalar
arası
katyonlar
yerleşmiştir.
Vermikülitler
çoğunlukla
biotitten
oluştuklarından, negatif tabaka yükleri tetraedrik Al’dan gelmektedir. Buna karşılık
trioktaedrik oktaeder tabakası çoğunlukla pozitif yüklüdür, çünkü değişim sırasında
bir miktar Fe+2, Fe+3’e okside olur.
45
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Vermukilitler ısıtıldıkları zaman hacimlerinin birkaç katı yapraklar halinde
büyürler ve bu durumda izolasyon ve paketleme malzemesi olarak kullanılırlar.
3.1.2.1.(3). Smektitler
Smektitler, vermikulitler yanında ikinci grup şişebilen 2:1 tipi minerallerdir
ancak tabaka yükleri yarım formül birimi başına 0,2-0,6 kadardır. Bu nedenle daha
çok su tutarlar ve daha çok genişlerler: 2H2O tabakası ile şişmiş bir smektit Şekil
3.4’de görülmektedir. Şişmenin boyutu, tabaka yükü ile kesirsel su buharı
basıncından başka, tabakalar arası katyonların cinsine de bağlıdır.
Ca ve Mg ile doymuş bir simektit, basamaklı olarak =10Aº kalınlığında olan
silikat tabakaları arasına yaklaşık 2,5 Aº kalınlığında 4 su tabakası tutar ve böylece
bazal aralık 20Aº’a yükselir (10Aº+42,5Aº). Bir Na smektit ise çok daha fazla
genişler ve sonra kendi elementer tabakalarına parçalanabilir. Bu durum sodik
topraklarda (sodyumlu topraklar) yapı dağılımına neden olur ve asıl nedeni adsorbe
edilmiş sodyumun, adsorbe edilen Ca ve Mg iyonlarına oranla daha çok hidrate
olması ve daha zayıf bağlanmasıdır. Bundan dolayı, hidratasyon nedeniyle ileri
düzeyde genişleme silikat tabakaları arasındaki çekim güçlerini o kadar zayıflatır ki,
sonunda silikat tabakalarının tutulması ortadan kalkabilir. Bu durum sodik
topraklarda su verildiği zaman yapının parçalanmasına neden olur. Tabakalar
arasında su birikmesi, smektitçe zengin topraklara su verildiği zaman büyük ölçüde
şişmelerine, kurudukları zaman da büzülmelerine neden olur.
Değişik kaynaklardan oluşan simektitlerde, tabaka yükü, oktaeder ve
tetraederin yükleri, ayrıca kimyasal bileşimde, farklı olur. Oktaeder yükleri fazla olan
Mg bakımından zengin şekillerine montmorillonit, buna karşılık, Al bakımından
zengin ve yüklerin çoğunluğu öncelikle tetraederden gelenlere beidellit, Fe+3’ce
zenginlere nontronit denir. Depozit halinde bulunan smektitler, söz konusu edilen
şekillerin
kimyasal
yapısını
gösterirler.
Çoğunlukla
depozitlerdeki
montmorillonitlerden daha fazla Fe ve daha az Mg içerirler. Yükü yarım formül
birimi için 0,3-0,4 arasındadır ve % 40-80 arasında tetraedrik olarak lokalize
olmuştur. Yani bunlara Fe’ce zengin, beidelitik smektitler olarak bakmak gerekir.
46
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Elektron mikroskopta smektitin kristalleri çok ince ve katlanmış veya
yuvarlanmış
yapraklar
şeklinde
görünürler,
düzensiz
bir
biçimde
sınırlandırılmışlardır ve birçok yapı bozuklukları vardır. Smektitler ekonomik olarak
önemli bir yeri olan bentonitlerin ana mineralleridir; örneğin Federal Almanya’nın
Aşağı Bavyera bölgesinde, ABD Wyoming ve Missisippi’de doğal kaynaklar halinde
bulunurlar ve çok yönlü olarak kullanılmaktadırlar (Adsorbant, yapıştırıcı, derin
sondalarda temizleyici gibi).
3.1.2.1.(4). Kloritler
Kloritler, çoğunlukla yeşil renkli üç tabakalı mineralleri kapsar ve bunlarda
silikat tabakalarının arasına bir trioktahedrik hidrosit tabakası yerleşmiştir (Şekil
3.4).
Kloritlerin tetraeder tabakalarında, Si’un yerine kısmen Al geçmiştir. Bu
sayede oluşan negatif yük, trioktaedrik oktaeder tabakası ve hidroksit ara tabakası
içinde Mg ve Fe+2 yerine Al ve Fe+3 yerine Al ve Fe+3 geçmesi ile kazanılan pozitif
yükle dengelenir. Tablo 10’deki formül örneğinde tetraeder tabakasının yükü –1,38,
oktaederinki +0,39 ve hidroksit tabakasındaki ise +0,99, yani toplam +1,38 dir.
Böylece yük toplam olarak eşitlenmiştir ve bu nedenle değişebilir katyonlar
bağlanmıştır. Silikat tabakaları ile hidroksit tabakaları arasındaki oldukça sıkı
bağlanma, zıt yüklerin yardımından başka, hidroksit tabakasının OH grupları ile buna
komşu tetraeder tabakasının O iyonları arasında gerçekleşen hidrojen köprüleri
sayesinde sağla,nmış olur. Bu nedenle kloritler suda şişmezler. Bazal aralıkları
14Aº’da fikse edilmiştir.
47
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Şekil 3.6 Bir sekonder kloritin yapı modeli (Dixon, Jackson, 1962).
Açıklanan strükleredeki kloritler primer formda daha çok metamorfitlerde,
örneğin klorit şistlerde bulunurlar. Bununla beraber kloritler toprakların içinde de
oluşurlar (sekonder veya Al- kloritler). Silikat tabakaları smektitik veya vermukilitik
doğaya sahiptir ve bunların arasına ada şeklinde Al hidroksit tabakaları birikmiştir
(Şekil 3.6). Bu adalar polimer Al hidroksi katyonlardan oluşmuşlardır ve OH/Al
oranları üç’ün altındadır ([Alx(OH)3x-y]). Bunlar pozitif yüklüdürler ve primer
kloritlerde olduğu gibi silikat tabakalarının negatif yükünü nötralize ederler
Al hidroksit adalarının birikmesiyle daha önce şişebilen üç tabakalı
minerallerin özellikleri değişir: K ilave edildiği zaman şişme ve büzülme
özelliklerini kaybederler ve bazal aralığı 14Aº’da fikse edilir. Bunun için az miktarda
Al hidroksit yeterlidir (değişim kapasitesinin yaklaşık 1/6 sı kadar). Birikme artarsa
değişim kapasitesi düşer.
NaOH, NaF veya Na- sitrat (100ºC) ile işlem yapılırsa, Al-adaları çözülür ve
yukarıda açıklanan olaylar tersine döndürülebilir. Kireçleme de aynı şeyi yapar; eğer
48
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
kil parçacıkları çok büyük (ince kil) ve kloritleşme derecesi yüksek değilse, pH’nın
yükselmesi sonunda polimer Al hidroksi katyonlar nötralize olur (OH/Al=3; y
yukarıdaki formülde = 0) ve bu nedenle artık negatif yüklü silikat tabakaları
tarafından bağlanamazlar.
Sekonder kloritler doğal olarak asidik topraklarda oluşurlar, çünkü bu
topraklarda H iyonları sayesinde kil minerallerinden yeterli Al açığa çıkar. Birikme
için en uygun pH bölgesi 4-5 dir ve organik madde çok fazla olmamalıdır çünkü
organik madde Al’u kompleks halinde bağlar ve böylece hidroksit şeklinde silikat
tabakalarının arasına girmesine engel olur. Çok daha düşük pH’da, silikat tabakaları
arasında Al, hidroksilasyona uğramaz.
3.1.2.1.(5). Paligorskit ve Sepiolit
Mg bakımından zengin trioktaedrik iki kil minerali olan paligorskit (eskiden
attapulgit denirdi) ve sepiyolit kısa 2:1- silikat tabakaları parçalarından
oluşmuşlardır. Bu silikat tabakası parçaları bir tabaka kalınlığı kadar düşey olarak
tabaka düzleminde birbiriyle yer değiştirmişlerdir. Böylece silikat bantları
amfibollerdeki gibi oluşmuşlardır. Her iki mineral sadece bandların genişliği
bakımından farklılık gösterirler (Her bandda paligorskit’te 5, sepiolit’de 8 oktaeder).
Bu band strüktürü dış görünümde iğne şeklinde kristallerle belirginleşir. Bantlar
arasında H2O molekülleri ile dolu kanalları vardır; bu H2O molekülleri kısmen
oktaedrik katyonların koordinasyonunun tamamlanmasını sağlarlar, kısmen de
serbest moleküller halinde bulunurlar. Oktaederler çoğunlukla Mg tarafından işgal
edilmişlerdir, bununla beraber kısmen Al, Fe ve Ti da bulunur. Negatif yük fazlalığı
düşüktür.
3.1.2.1.(6). Allofanlar ve İmogolitler
Allofanlar sekonder silikatlardır ve Si/Al mol oranı 0,5-1,0 arasındadır.
Öncelikle volkanik camların ayrışması sırasında oluşurlar. Bunlar içerisi boş küçük
kürecikler şeklindedir ve dış çapları yaklaşık 3,5-5 nm kadardır. İçi boş kürelerin
49
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
duvarları bükülmüş bir Al-O-OH oktaederinden oluşmuştur ve bunun iç ve dış
tarafına oksijen köprüleri ile Si-O-OH tetraederi bağlanmıştır. Dış kısımdaki
tetraeder miktarı değişkendir ve bu durum Si/Al mol varyasyonunu açıklar. Buna
göre kristal yapı taşlarının düzenlenmesi, diğer kil minerallerinin aksine sadece çok
küçük birim parçacıklar üzerinden olur. Bu nedenle allofonlar uzun süre amorf
olarak kabul edilmişti.
Şekil 3.7 İmogolitin Yapısı (Farmer, Adams, 1983)
Çoğunlukla allofonlarla beraber bulunan imogolitler ince borular oluşturup,
dış çapları 2 nm, iç çapları 1 nm, uzunlukları ise birkaç µ m kadardır. Boruların dış
kısmında bir dioktaedrik Al-hidroksit tabakası vardır ve bu içerde izole olmuş SiO3OH tetraederleriyle bağlanmıştır. Bu nedenle boruların dış yüzeyi Al-OH
grupların, iç yüzeyleri ise Si-OH grupları ile oluşmuştur (Şekil 3.7). Buna göre
strüktür formülleri dışardan içeriye doğru sıraya göre (HO)3Al2O3SiOH şeklindedir.
50
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Analitik olarak da Si/Al oranı yaklaşık 0,5 olarak bulunmaktadır. Kötü bir dizinim
gösteren imogolitlere protoimogolitler denir. Bileşimleri imogolitinkine benzer ama
değişkendir, aynı IR- spektrumu gösterirler ve pH<5’de sol haline geçerler.
3.1.2.1.(7). Değişken Tabakalı Mineraller
Toprakların kil mineralleri kristalleri sık sık homojen olmayan, değişken bir
tabaka sıralaması gösterirler. Böyle minerallere değişken tabakalı mineraller denir.
Bunların içinde, değişken tabakalar farklı oranlarda düzenli veya düzensiz bir şekilde
birbirlerini izleyebilirler. K iyonlarının yerine başka katyonların geçmesiyle önce
kenar kısmı genişlemiş tabakalar oluşur; daha kuvvetli bir K kaybı sonunda illitik,
vermikulitik ve smektitik değişken tabakalaşma, K’un tamamıyla verilmesi ile de
büsbütün şişebilen mineral oluşur. Düzenli 1:1 oranında bir değişken tabakalaşma
biyotit ile vermukulit (hidrobiyotit) veya klorit ile simektit (korrensit) arasında
görülür. Değişken tabakalaşma, sadece ara birikimlerin kaybedilmesi, yani
parçalanması ile oluşmaz. Kil minerallerinin oluşması sırasında da değişik yüke
sahip silikat tabakaları çözeltisinden de bir kristal oluşturabilirler. Elektron
mikroskopta da ince kesitlerde tabaka yüzeyine dik olarak bu şekilde düzenli ve
düzensiz değişken tabakalar görülebilir. Toprakta sık sık meydana gelen, çoğunlukla
düzensiz değişken tabakalaşmalarda, bir tarafta klorit veya illit diğer tarafta da
vermikulit ve smektit bulunur ki bunlar çoğunlukla klorot ve illitin kısmi ayrışması
sonunda ortaya çıkarlar. Kaolinit ve smektit arasında da değişken tabakalaşma
görülmektedir.
Değişken
tabakalaşma
ile
oluşmuş
minerallerin
özellikleri
bileşenlerin çeşitlerine ve katılma payına bağlıdır.
3.1.3. Kil Minerallerinin Oluşumu Ve Değişimi
Kil Mineralleri ya üç tabakalı silikatlardan (öncelikle mikalar ve kloritler) ara
tabakalardaki materyalin değişimi ile, veya silikatların ayrışma ürünlerinden yeniden
oluşurlar.
51
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
3.1.3.1. Tabakalar Arası Materyalin Değişimi İle Tabakalı Silikatlardan Oluşma
Kil minerallerinin oluşmasında tabakalı silikatlardan her iki mika, muskovit
ve biyotit sık bulunduklarından, en önemli yeri alırlar. Fiziksel ayrışma ile, özellikle
don etkisiyle, büyükçe mika levhacıkları yatay ve düşey olarak parçalanırlar ve kil
fraksiyonuna kadar küçülürler. Bu “kil mikaları”hemen illit grubuna sokulabilir.
Yüzeyin artması sonunda kimyasal ayrışma yoğunlaşır ve bu arada kenar
kısımlarındaki K iyonları ayrışma sonunda çözülür ve yerlerine Ca ve Mg katyonları
geçer. Ancak bu katyonlar K iyonu gibi oksijen altılı halkasının çanak şeklindeki
çukurluğuna çekilmezler, etraflarını su halkası sarar. Bu sayede kristalin kenarlarında
önce kısmen gelişmiş ve daha çok K kaybı durumunda tamamen genişlemiş tabakalar
oluşur.
Genişleme, negatif tabaka yükünün azalması sayesinde kolaylaşır (veya
ancak ozaman gerçekleşebilir). Fe+2 içeren mikalarda (biyotit) bu olay Fe+2’nin
Fe+3’e oksidasyonu, yani pozitif yüklerin artması sonunda meydana gelir. Kural
olarak yük azalması, Fe+2’nin Fe+3’e oksidasyonundan daha düşüktür, çünkü Fe+2OH grupları kısmen H katbederek Fe+3-O gruolarına dönüşürler (yani sadece pozitif
değil negatif yük de artar) ve/veya oktaederin bir kısım Fe+3 ve Mg+2’u mineralden
dışarı çıkar ve bunun dış yüzeyinde hidroksit şeklinde çöker (Fe) veya değişebilir
formda (Mg) bağlanır. Dioktaedrik mikalarda yük, iyonlarına protonların tutunması
ile düşer.
52
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Şekil 3.8 Bir mikanın şeması: tabakalardan birisi genişlememiş, birisi kenardan
genişlemiş, diğeri de boydan boya genişlemiş (vermikulit veya smektitik).
Bu olay sonunda tamamen K’suz, genişlemiş üç tabakalı mineral oluşur, bu
da yük yüksekliğine göre vermikulit veya klorit olabilir. Buna benzer şekilde primer
kloritler vermikulite veya smektite dönüşürler, böylece hidroksit tabakaları
protonlarla reaksiyona girerek çözülürler. Bu dönüşümde karakteristik olan, silikat
tabakalarının kendilerinin kalmasıdır.
Mikaların toprakta genişleyebilir üç tabakalı minerallere dönüşmesi, toprak
çözeltisinde K konsantrasyonu, mikaların denge-K- konsantrasyonunun ne kadar
altında olursa o kadar hızlı olur; denge –K- konsantrasyonu biyotitte yaklaşık 10-15
mg/l, muskovitte ise yaklaşık 0,01 mg/l’dir. Laboratuvarda yapılan denemeler
göstermiştir ki, gerek K alan bitki kökleri gerekse K fikse edici kil mineralleri K
konsantrasyonunu o kadar çok düşürürler ki, biyotit oldukça kısa bir süre içinde
vermikulite dönüşür.
53
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
3.1.3.2. Silikatların Ayrışma Ürünlerinden Oluşma
Kil minerallerinin, feldispatların, piroksenlerin, amfibollerin hatta tabakalı
silikatların ayrışma ürünlerinden oluşması sırasında ana strüktür korunmaz, kendisini
oluşturan elemanlara parçalanır ve bunlardan da yeniden kil mineralleri oluşur. Yeni
oluşanlar ya ana materyalin içinde (pseudomorfoz) veya hemen yakınında, hatta
ayrışma ürünlerinden sulara (nehirler, göller, denizler) taşınmasından sonra meydana
gelebilirler. Böylece mika benzeri minerallerin (illitler, glaukonitler) deniz suyu
içinde oluşması, nehir suyunda 0,37 olan K/Na oranının deniz suyunda 0,04’e
düşmesi sonucu gerçekleşebilir.
Kil minerallerinin ve oksitlerin ayrışan ana materyalin bulunduğu yerde
oluşması
raster
elektronmikroskopu
ile
çok
iyi
incelenmektedir.
Bunlar
morfolojilerinden kesin olarak tanımlanamazlar. Çok ince preparatlarda mikroskopta
güçlü bir büyütme yapıldığı zaman yeni oluşan mineraller sadece stürktürlerinden
tanınmazlar, ayrıca bunların parçalanmamış ana materyale bağlı olabilecekleri de
görülür. Adasilikat, olivinin ayrışması sırasında yeni oluşan smektit ve goethit
doğrudan ayrışan olivine yapışıktırlar. Bu durumdan ana materyalin strüktür
akrabalıkları olan parçaları, örneğin olivinin oktaedrik olarak düzenlenmiş Mg ve
Fe’i smektit ya da goethit tarafından doğrudan alınır. Buna karşılık feldispatlarda
böyle bir olay olası değildir, çünkü bunun değişimi sırasında, örneğin kaolinite
dönüşürken tetrahedrik Al’un oktahedriğe çevrilmesi ve bu sayede (Si, Al)-tetraeder
bandının çözünmesi zorunludur; yani strüktürel akrabalık azdır. Strüktürel yakın bir
akrabalık, bundan önceki bölümde açıklandığı gibi, primer filosilikatlarla (mikalar ve
kloritler) kil mineralleri arasında vardır.
Hangi kil minerallerinin oluşacağı, pH ve çözeltinin bileşimi ile her mineralin
çözünürlük ürününe bağlıdır. Söz konusu edilen son faktörden, çözeltide bulunan
maddelerin (Si, Mg, K, H) konsantrasyonu hesap edilir; bu konsantrasyon, bir
mineralin
bir
başkasına
karşılık
stabilitesi
yönünden
önemlidir.
Stabilite
diyagramları, nötrden zayıf alkaline kadar ortamda ve yüksek Si ve Mg
konsantrasyonu bulunması halinde smektit, yüksek K konsantrasyonunda illit, asit
ortamda orta derecede Si konsantrasyonunda kaolinit ve çok düşük Si
54
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
konsantrasyonunda (yaklaşık 10-5M) gibbsit oluştuğunu gösterebilir. Buna göre
smektit ve smektit ve gibbsit bir arada bulunmazlar.
Doğada yapılan gözlemler bunun sık sık doğrulamaktadır. Bundan
sapmalarda, termodinamik gözlemlerin, dengenin kurulmasından sonraki durumu
tanımladığını düşünmek gerekir. Bununla beraber, toprak veya genel olarak yeryüzü
koşullarında dengeler, sıcaklığın düşük olması ve alçak basınç nedeniyle çoğunlukla
çok yavaş kurulur. Bu nedenle stabil son ürünler yerine kinetik bakımdan uygun
meta ve stabil olmayan ara ürünler oluşur, bunların çözünürlüğü yüksektir ve çok
yavaş olarak stabil son ürünlere dönüştürülür; aynı nedenle bir defa oluşmuş
minerallerin, örneğin iklim değişikliği nedeniyle koşullar değişmiş olsa bile
dönüşüme
sekteye
uğrar.
Bu
bakımdan
termodinamik
gözlemler,
sadece
değişikliklerin yönü hakkında bilgi verir.
3.1.3.3. Kil Minerallerinin Dönüşümü
Kayacın toprak oluşması için ayrışması sırasında meydana gelen kil
minerallerinin dönüşümleri, değişimleri devam eder, çünkü ayrışma ilerledikçe
koşullar da değişir. Örneğin humid bölgelerde doğal haldeki topraklarda asitleşme
derecesi yüzeye doğru artar. Bunun sonucunda alüminyum çeşitli minerallerden
açığa çıkar, genişlemiş üç tabakalı minerallerin tabaka aralarına girebilir ve bunları
sekonder kloritlere dönüştürür. Ana materyalde biyotitin yanında vermikulit de
bulunuyorsa, vermikulit biyotitin kaybettiği potasyumu alır ve illite dönüşür
(illitasyon).
Tropik topraklarda toprak oluşması sürecinde kil minerallerinin oluşum sırası
toprak çözeltisinin Si konsantrasyonuna bağlıdır. Bazik kayaçların yanında önce
smektit oluşur, toprak profilinin üst kısmında Si kaybı ile kaolinite (desilifikasyon)
ve sonunda çok düşük Si konsantrasyonunda kısmen gibbsit’e (Al(OH)3) dönüşür.
Yeniden Si verilirse, örneğin lateral olarak, gibbsit olasılıkla yeniden kaolinite
dönüşebilir.
55
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Şekil 3.9 Kil minerallerinin oluşum ve değişim yolu.
3.2. Adsorpsiyon
Atom, iyon ya da moleküllerin bir katının ya da bir sıvının sınır yüzeyinde
tutunmasına adsorpsiyon denir. Başka bir deyişle, akışkan fazda çözünmüş haldeki
belirli bileşenlerin, bir katı adsorban yüzeyine tutunmasına dayanan ve faz yüzeyinde
görülen, yüze tutma olayına adsorpsiyon denir. Katı örgüsü içinde bulunan iyonlar
çekim
kuvvetlerince
dengelenmiştir.
Ancak
katı
yüzeyindeki
atomların
dengelenmemiş kuvvetleri, çözeltideki maddeleri katı yüzeyine çekerler, ve yüzey
kuvvetleri dengelenmiş olur. Bu şekilde çözeltideki maddelerin katı yüzeyine
adsorpsiyonu gerçekleşir. Katı faz üzerinde gaz adsorplanıyorsa basınç, sıvı
adsorplanıyorsa konsantrasyon değişir. Yüzeyde tutunan maddenin katı içine
yayılmasına absorpsiyon, absorpsiyon ve adsorpsiyon aynı anda meydana geliyorsa
veya kısmen yüzey çökelmesi oluyorsa sorpsiyon, tutunan taneciklerin yüzeyden
ayrılmasına desorpsiyon denir.
56
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Şekil 3.10 Adsorbsiyon ile absorpsiyon arasındaki ilişki
Katı üzerinde adsorplanan maddeye adsorbat, adsorplayan katıya ise
adsorbant ya da adsorban denir. Adsorpsiyon iki boyutlu, absorpsiyon üç boyutlu bir
tutunmadır.
Adsorsiyon adsorbat ile adsorban arasındaki çekim kuvvetlerinden meydana
gelir. Bu kuvvetlerden Van der Waals çekim kuvvetleri fiziksel adsorpsiyona, valens
bağ çekim kuvvetleri ise kimyasal adsorpsiyona neden olur. Eğer gaz veya katının
yapısı polar ise elektrostatik kuvvetler de görülür.
Bir adsorbanın yüzeyinde derişiminin artışına pozitif adsorpsiyon, azalışına
da negatif adsorpsiyon denir.
Sabit sıcaklık ve sabit basınçta fiziksel adsorpsiyonda adsorplama olayı
kendiliğinden olduğundan, adsorpsiyon sırasındaki serbest entalpi değişimi yani
adsorpsiyon serbest entalpisi ∆G daima eksi işaretlidir. Diğer taraftan, gaz ya da sıvı
ortamında daha düzensiz olan tanecikler katı yüzeyine tutunarak daha düzenli bir
hale geldiğinden dolayı, adsorpsiyon sırasındaki entropi değişimi yani adsorpsiyon
entropisinin daima eksi işaretli olması
∆H = ∆G + T∆S
(3.1)
eşitliği uyarınca, adsorpsiyon sırasındaki entalpi değişiminin yani adsorpsiyon
entalpisi ∆H ’nin daima eksi işaretli olmasını gerektirmektedir. Adsorpsiyon ısısı da
57
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
denilen adsorpsiyon entalpisinin eksi işaretli olması, adsorpsiyon ısısının daima ısı
salan yani ekzotermik olduğunu göstermektedir. Adsorpsiyon ısısı katı yüzeyindeki
doymamış kuvvetlerle adsorplanan tanecikler arasındaki etkileşimden doğmaktadır.
3.2.1. Adsorblanan Madde (Adsorbat)
Adsorplayıcının bir gramında adsorplanan madde miktarı için genellikle x/m
oranı kullanılmaktadır. Buradaki m deneylerde kullanılan adsorplayıcının kütlesini, x
ise bu kütlede adsorplanan maddenin kütlesini, molar miktarını veya normal
koşullara indirgenmiş gaz hacmini göstermektedir. Adsorplanan madde miktarı,
adsorplayıcının birim yüzeyinde tutunan maddenin molar miktarı olarak tanımlanan,
Gibbs adsorpsiyonu şeklinde verilmektedir. Ayrıca adsorpsiyon, adsorbanın birim
yüzeyinde tutunan madde miktarı olarak da gösterilebilir. Çözeltilerden adsorpsiyon
sırasında birim miktar adsorban tarafından adsorplanan madde miktarı, çözeltinin
derişimine bağlıdır.
Sabit sıcaklıkta adsorplanan madde miktarının derişimle değişimini veren
eğrilere adsorpsiyon izotermi denir.
n(mol g-1)= f(c)
ya da
n(mol g-1)= f(C/C0)
(3.2)
Burada C çözeltinin adsorpsiyon sırasındaki denge derişimini ve C0 ise aynı
çözeltideki başlangıç derişimini göstermektedir. Buna göre adsorbanın birim
kütlesinde adsorplanan madde miktarıyla, çözeltideki denge derişimi arasında
adsorpsiyon izotermleri çizilir. Sabit basınçta adsorplanan madde miktarının
sıcaklıkla değişimini veren eğrilere adsorbsiyon izobarı denir.
Adsorplayıcı ve adsorplanan yanında, hacim de sabit tutulduğunda,
adsorplanan madde miktarı yine yalnızca sıcaklığa bağlıdır. Bu durumda,
adsorplanan madde miktarının sıcaklıkla değişimini veren eğrilere adsorpsiyon
izokoru denir.
58
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Bir gram adsorplayıcının yüzeyinin bir molekül tabakası ile yani
monomoleküler olarak kaplanabilmesi için gerekli madde miktarına tek tabaka
kapasitesi denir ve genellikle;
nm(mol g-1)
veya
Vm(cm3 g-1)
(3.3)
olarak verilir. Bu tabakanın alanı adsorplayıcının bir gramının sahip olduğu alana eşit
alınır. Adsorplanan bir molekülün yüzeyde kapladığı alan am olduğuna göre tek
tabakanın ve dolayısıyla bir gram katının sahip olduğu yüzeyin alanı
A= (Vm/ 22400) Nam= nmNam
(3.4)
eşitliğinden bulunur. Bulunan değere “özgül yüzey” alanı denir.
3.2.2. Adsorplayıcı Maddeler
Adsorplayıcı madde veya adsorban gaz veya sıvıyı adsorplabilecek olan
katıdır. Adsorbanlar doğal veya sentetik olabilir. En önemli doğal adsorbanlar, killer,
zeolitler ve ağartma toprağı, en önemli sentetik ise aktif karbon, aktif alümina,
silikajel ve iyon değiştirici reçinelerdir. Hemen hemen bütün katılar sıvı ve gazları
adsorplayabilirler ancak adsorban olarak kullanılanların adsorpsiyon yetenekleri
diğer katılarınkinden daha yüksektir. Bunun sebebi adsorbanların, büyük tanecikler
ve topraklar yerine gözenekli, petek yapıda olan tanecik ve topraklardan oluşması ve
yüzey alanlarının oldukça büyük olmasıdır. Adsorbanların yüzey alanı, onları daha
da küçük parçalara ayırarak arttırılabilir. Taneciklerin ortalama çapı için sınır
yaklaşık 1.10-7cm’dir. Bu değer atomik boyutlara çok yakındır.
Yüzey alanı ve spesifik yüzey alanı terimi genellikle yarıkları ve porları da
kapsayan geometrik alana karşılık gelir. Bununla birlikte maddenin molekülleri,
adsorbanın yarık, çatlak ve porlarında adsorplanabilecek bir büyüklük ve şekle sahip
olabilir. İkinci durumda etkin yüzey alanı, geometrik yüzey alanından daha küçüktür.
Bu durumda yarık, çatlak ve porların çapları adsorban tarafından seçimli
adsorpsiyonu önceden belirleyen bir faktördür. Seçimliliği önceden belirleyen diğer
59
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
bir faktör de kimyasal bileşimidir. Örneğin; polar ve polar olmayan adsorbanlar,
polar ve polar olmayan sıvıları adsorplarlar (Pattersen. S, 1970).
3.2.3. Adsorpsiyon Mekanizmaları
3.2.3.1. Fiziksel Adsorpsiyon
Adsorplanmış moleküller adsorban yüzeyine Van der Waals çekim kuvvetleri
ile bağlanır ve bu adsorpsiyon polar ve polar olmayan yüzeylerde meydana gelir.
Fiziksel adsorpsiyon, kimyasal adsorpsiyona göre çok daha zayıf bir kuvvetle
meydana gelir. Adsorplanmış tabaka tek ve çok katlı olabilir. Adsorpsiyon dengesi
tersinir ve çabuktur. Fiziksel adsorpsiyon da kimyasal adsorpsiyon gibi 5 tip ara
yüzeyden oluşur. Katı-katı, sıvı-sıvı, sıvı-gaz, katı-sıvı, katı-gaz. Bunlardan en
önemlisi katı-gaz ve katı-sıvı ara yüzeyidir. Örneğin bir gazın bir katı yüzeyde
tutunması ile oluşan bir fiziksel adsorpsiyonda, gazın fiziksel tutunma kuvveti,
yerçekiminden büyük ancak kimyasal kuvvetten oldukça küçüktür. Fiziksel
kuvvetlerin etkin aralığı yaklaşık olarak 10-5 cm’dir. Fiziksel kuvvetle tutunan
molekül, yüzeyde belli konumlara bağlanmaz. Fiziksel biçimde adsorbe olmuş bir
taneciğin yüzeyden ayrılması kolaydır ve bu ayrılma, diğer bir molekülün yerine
geçmesi ile olur. Bu da fiziksel ve kimyasal adsorpsiyon arasındaki temel farktır.
Fiziksel olarak adsorplanmış molekülü oldukça düşük vakumda bile (10-5 mm Hg)
yüzeyden uzaklaştırmak mümkündür.
3.2.3.1.(1). Polar Yüzeylerde Adsorpsiyon
Bazı moleküllerde elektronlar atom etrafında simetrik değil asimetrik olarak
dağılmıştır. Yani molekülün bir ucu negatif, bir ucu pozitif olur. Böyle moleküllere
polar moleküller denir. Bir katının yüzeyi polar olabilir ve yüzeyce polar bir katı ile
polar bir sıvı veya gaz adsorbat arasındaki çekim, pozitif ve negatif yükler arasındaki
çekim kuvvetlerine dayanır. Polar bir yüzeyde sıvının adsorpsiyonu sıvıdaki yüklü
tanecikten kolaylıkla etkilenir. Örneğin; hidrojen iyonları, hidroksil iyonları,
60
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
tuzlardan gelen iyonlar yüzeyde adsorplanır ve sıvının adsorplanan miktarını
değiştirir.
3.2.3.1.(2). Polar Olmayan Yüzeylerde Adsorpsiyon
Molekülde elektronlar atom etrafında simetrik olarak dağılmışsa bu molekül
kutupsuzdur. Bunlara polar olmayan (apolar) molekül denir. Örneğin; petrol bir
apolar maddedir. Apolar maddeler arasındaki çekim kuvveti kolaylıkla açıklanamaz.
Apolar moleküllerle apolar adsorbanlar arasındaki adsorpsiyon mekanizması, ilk
bakışta elektrik yükleri farkının olmamasından ötürü açıklanması zor olsa da, aslında
apolar durumun, belli bir zaman diliminde tamamlanması gerçeği ile açıklanabilir.
Yani polar olmayan pozitif ve negatif yüklerin sürekli olarak değişim içerisinde
olması ve belli bir zaman aralığında, molekülün her bir kısmının pozitif ve negatif
olarak değişmesinden dolayı apolar fiziksel adsorpsiyon mekanizması ile
açıklanabilir.
Bu açıklamalara göre polar yapılar ve apolar adsorpsiyon sistemleri
seçimlidir. Yani aynı türden adsorban- adsorbat ikili sistemleri en iyi adsorpsiyon
verimini verir. Bir adsorpsiyon olayının veriminde elektrik yükünün benzer yapıda
olması seçiciliği; endüstride, ayırma veya saflaştırma işlemleri açısından büyük yarar
sağlar (Pattersen ve arkadaşları, 1970).
3.2.3.2. Kimyasal Adsorpsiyon
Adsorplanan madde ile katı yüzeyi arasındaki fonksiyonel grupların kimyasal
etkileşimi ile oluşan adsorpsiyondur. Adsorpsiyon sırasında açığa çıkan ısı, reaksiyon
ısısından daha büyüktür. Fiziksel adsorpsiyona göre çok daha kuvvetli bir
adsorpsiyon türüdür. Kimyasal olarak adsorplanmış bir molekülü yüzeyden
koparmak büyük enerji gerektirir ve bu, adsorbanın deformasyonu ile sonuçlanabilir.
Kimyasal kuvvetlerin etkin aralığı, adsorbe edilen molekülün boyutlarındandır. Yani
adsorplanan molekülün boyutları örneğin 10-7cm ise, yüzeyden bu kadar uzakta,
kimyasal kuvvetlerin sayısal değeri sıfıra düşer. Yüzey, kimyasal etkileşime uğramış
61
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
tek molekül tabakasına sahip ise, bundan sonra sıvı veya gaz fiziksel olarak adsorbe
olur. Bir molekül kimyasal olarak adsorplandığında, adsorbanın bir kısmı ile
molekülün bir kısmı elektron alışverişi ile birbirine bağlanır.
Kimyasal adsorpsiyon, düşük gaz basınçlarıda olur. Eğer tek tabaka adsorplanmış
ise, adsorplanan miktar gaz basıncından bağımsız olur. Kimyasal olarak
adsorplanmış gaz veya sıvıyı uzaklaştırmak genellikle çok güçtür. Bunun için, sistem
çok yüksek sıcaklığa kadar (bazen katının hemen, hemen erime noktasına kadar) ve
ısıtılmalıdır. Eş zamanlı olarak yüksek vakuma ( ≈ 10-6mmHg) tabi tutulmalıdır.
Kimyasal adsorpsiyon, en çok katı-gaz, katı-sıvı ikili sistemlerde görlür (Pattersen ve
arkadaşları, 1970).
3.2.3.3. İyonik Adsorpsiyon
Elektrostatik çekim kuvvetlerinin etkisi ile iyonlar yüzeyindeki yüklü
bölgelere tutunur. Burada adsorplayan ile adsorplananın iyonik güçleri önemlidir.
İyonlar eş yüklü ise daha küçük olan tercihli olarak yüzeyde tutunur.
Çoğu adsorpsiyon olayında bu üç tür adsorpsiyon mekanizması birlikte veya
art arda görülür (Pattersen ve arkadaşları, 1970).
3.2.4. Adsorpsiyon Tipleri
Çözeltilerden adsorpsiyonda sıvı-buhar, sıvı-sıvı ve sıvı-katı olmak üzere üç
tip ara yüzey bulunmaktadır. İlk ikisi temelde çok basittir. Eğer saf maddeler uygun
şartlar altında kullanılırsa adsorplanmış faz homojen olmalıdır. Ancak adsorban
olarak kullanılan çoğu katıların heterojen oldukları görülmüştür. Çözeltiden
adsorpsiyon çalışmalarının çoğu aşağıdaki gibi olmasına rağmen, farklı şekilde
izotermler de vardır.
Giles, çeşitli adsorpsiyon izotermlerini incelemiş ve dört grupta toplamıştır.
Bunlar; L-,S-, H-, ve C- tipleridir. Bu gruplama, orijinde izoterm eğrisinin başlangıç
eğimine dayanır. Ancak yüksek konsantrasyonlarda alt sınıfları vardır (Kipling,
1965).
62
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
L-tipi: Langmuir izotermi olarak adlandırılır. Bu tipte, başlangıç eğimi
çözeltideki madde konsantrasyonu ile artmaz. Bu özellik, adsorbatın yüzey fazlası
arttıkça adsorpsiyon yüzeyinin artan miktarı ve düşük konsantrasyondaki maddenin,
adsorbana yüksek rölatif ilgisinin bir sonucudur. İzoterm derişim eksenine
konkavdır.
S-tipi: Katı çözeltisi içindeki maddenin konsantrasyonu ile artan bir
başlangıç eğimiyle karakterize edilir. S-tipi izotermi şu şekilde meydana gelir:
a) Çözücü kuvvetle adsorbe edilirse,
b) Adsorplanmış tabakalar içindeki moleküller arası çekim kuvvetli ise,
c) Adsorbat monofonksiyonel ise,
Mono fonksiyonel ile kastedilen, bir aromatik veya beşten fazla karbon atomu olan
alifatik sistemde molekülün tek bir bağlanma noktasına sahip olmasıdır. S- tipi
izoterm tercih edilmeyen bir adsorpsiyon tipidir.
H-tipi: L- tipi izotermin aşırı uç şeklidir. Çok seyreltik çözeltide bile
adsorban ile adsorbat arasında çok yüksek ilgi vardır. Bu izotermde, başlangıç eğimi
çok büyüktür. Adsorbe edilen madde ile katı faz arasındaki yüksek ilgi, aralarındaki
spesifik etkileşim veya adsorpsiyon sistemine katkıda bulunan Van der Waals
etkileşimleri ile oluşur.
C-tipi: Mümkün olan maksimum adsorpsiyona kadar, katı çözeltisinde
madde konsantrasyonundan bağımsız ve sabit kalan eğim ile karakterize edilir. Bu
tip izoterm, maddenin ara yüzey ile dışındaki çözelti arasında sabit dağılımı ile veya
adsorbatın yüzey fazlarının artışı ile adsorpsiyon yüzeyinin orantılı olarak
artmasından elde edilir (Kipling, 1965; Sposito, 1984).
63
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Şekil 3.11 Adsorpsiyon İzotermi Tipleri
3.2.5. Adsorpsiyon İzotermleri
Sabit sıcaklıkta adsorban tarafından adsorplanan madde miktarı ile denge
basıncı veya konsantrasyon arasındaki bağıntıya adsorpsiyon izotermi adı verilir. İlk
olarak Von Soussere (1814) tarafından, adsorpsiyon sürecini detaylı olarak
inceleyerek, adsorplanan gaz miktarı ile gaz basıncı arasındaki ilişkiyi veren grafikler
çizilmiştir. Von Soussere’in çizdiği bu grafikler, daha sonra adsorpsiyon izotermleri
adıyla adlandırılmıştır (Masel, 1996).
64
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
3.2.5.1. Freundlich Adsorpsiyon İzotermi
Freundlich adsorpsiyon izotermi aşağıdaki biçimde verilir. (Stumm, Morgan,
1995).
X = kC dn
(3.5)
X , adsorban tarafından adsorplanan madde miktarını gösterir ve mol g-1 olark ifade
edilir. C d , çözeltideki adsorbatın denge konsantrasyonudur ve mol dm-3 olarak
verilir. Freundlich eşitliği maksimum adsorplanan madde miktarını vermez. k ve
n sabitleri adsorplayıcı bağ kuvveti ve bağ kuvvetlerinin dağılımıyla ilgilidir.
Bu eşitlik, k ve n sabitlerinin kolayca tayin edilebilmesi için lineerize edilirse,
LnX = Lnk + LnC d
(3.6)
haline gelir. LnX ile LnC d arasında çizilen grafiğin eğimi n sabitini ve kesme
değeri de k sabitini verir.
n ⟨ 1 olduğunda bağlanma enerjisi, artan yüzey konsantrasyonuyla azalır. Bu
olay, her biri farklı bağlanma enerjilerine sahip farklı yüzey konumlarının varlığı
nedeniyledir. Bu farklı yüzey konumları yüzeyde adsorplanan madde konsantrasyonu
arttıkça, en kuvvetli bağlayıcı yerlerde, sonra daha zayıf bağlayıcı yerlerde olacaktır.
Bundan dolayı ortalama bağlanma kuvveti azalacaktır. n ⟨ 1 olması; adsorpsiyonun
tercih edilen bir adsorpsiyon olduğunu gösterir (Reed, Cline, 1994).
3.2.5.2. Langmuir Adsorpsiyon İzotermi
Tek tabakalı fiziksel adsorpsiyon ve çözeltiden adsorpsiyon durumlarında
kullanılır. Langmuir adsorpsiyon izotermi bazı kabullerden yola çıkmaktadır. Bunları
şu şekilde sıralanabilir:
-Yüzey sınırlı sayıda yerleşkeler içerir.
-Yüzeyde tek tabakalı adsorpsiyon vardır.
65
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
-Yüzeyde adsorbat- adsorbat etkileşimi yoktur.
Langmuir eşitliği aşağıdaki formda yazılmaktadır.
X=
K l Cd
1 + al C d
(3.7)
K l ve a l sabitlerini bulabilmek için bu denklem,
Cd
a
1
=
+ l Cd
X
Kl Kl
(3.8)
şeklinde düzenlenirse,
Cd
ile C d arasında çizilen grafik lineerdir ve kesme noktasının tersi K l ’ye ve eğimi
X
de
al
’ye eşittir. Doğrunun eğim değerinin tersinden, maksimum adsorpsiyon
Kl
kapasitesi bulunur (McKay G., El-Geundi M, Nassar M.M, 1997).
3.2.5.3. Dubinin-Radushkevich (D-R) Adsorpsiyon İzotermi
D-R adsorpsiyon izotermleri, adsorpsiyon enerjisini hesaplamak için
kullanılır. Bu izotermlerin eğiminden, adsorpsiyon enerjisi bulunur. Ayrıca bulunan
bu enerji değerleri, adsorpsiyonun mekanizması hakkında bilgi verir. D-R
adsorpsiyon izotermi, 1 mol iyonun, çözeltiden adsorbant tarafından adsorplanması
sırasında açığa çıkan enerji olarak tanımlanır. Freundlich adsorpsiyon izotermine bir
alternatiftir. İlk defa Polanyi tarafından ileri sürülmüştür. Daha sonra DubininRaushkevich tarafından, adsorpsiyon potansiyeli A ile uyumlu olan ampirik bir
eşitlik geliştirilmiştir.
66
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
⎛C ⎞
A = RTLn⎜ 0 ⎟ = −∆G
⎝C ⎠
(3.9)
R: Gaz Sabiti
T: Mutlak sıcaklık
⎛ C0 ⎞
⎜ ⎟ : Bağıl konsantrasyon
⎝C ⎠
(3.10)
∆ G: Gibbs serbest enerjisi
Dubinin- Radushkevich (D-R) eşitliği şu şekildedir:
X = X me
⎛ A ⎞
⎟⎟
− ⎜⎜
⎝ βE ⎠
2
(3.11)
X m : 1 gram adsorban tarafından adsorplanan madde miktarı (mol/g)
E: Adsorpsiyon enerjisi (kJ/mol)
β : Çözeltiye ait afinite katsayısı
Yukarıdaki eşitliğin doğrusal şekli;
⎛ RT
LnX = LnX m − ⎜⎜
⎝ βE
olur. LnX ile Ln 2
C0
Cd
⎞
⎟⎟
⎠
2
⎛ Ln 2 C 0
⎜
⎜ C
d
⎝
⎞
⎟
⎟
⎠
(3.12)
arasında grafik çizildiğinde, belli konsantrasyon aralığında
doğru elde edilirken bazen elde edilmeyebilir.
⎛ 1 ⎞
⎟⎟
LnX = LnX m − ⎜⎜
⎝ βE ⎠
⎛
ε = RTLn⎜⎜1 +
⎝
1
Cd
2
⎛ R 2 T 2 Ln 2 C 0
⎜
⎜
Cd
⎝
⎞
⎟⎟
⎠
⎞
⎟
⎟
⎠
(3.13)
(3.14)
67
3.MATERYAL VE METOD
K = X m e − Kε
F.Aysun UĞUR
2
(3.15)
şeklinde yazılabilir, bundan dolayı yukarıdaki eşitliğin doğrusal şekli,
LnX = LnX m − Kε 2
(3.16)
olur. LnX ile ε 2 arasında grafik çizildiğinde elde edilen doğruların eğiminden ve
kayma noktasından, adsorban kapasitesi X m ve adsorpsiyon enerjisi sabiti K elde
edilir.
Ortalama adsorpsiyon enerjisi, tek bir mol iyonun çözeltide katının yüzeyine geçişi
sırasındaki serbest enerji değişmesidir. E’nin büyüklüğü, oluşan adsorpsiyonun
çeşidi konusunda aydınlatıcı bilgi verir (Aksoyoğlu, 1990; Dubinin, 1947; Polanyi,
1914).
3.2.6. Dağılım Katsayısı
Dağılım katsayısı, aşağıdaki şekilde tanımlanabilir:
KD =
(C 0 − C d ) V
Cd
m
(3.17)
Burada;
C0: Başlangıç konsantrasyonu (mol/L)
Cd: Denge konsantrasyonu (mol/L)
V: Çözelti Hacmi (mL)
m: Adsorban miktarı (g)
Dağılım katsayısı, adsorbatın adsorban ve çözelti fazlarındaki denge
konsantrasyonları olarak tanımlanır. Doğrusal adsorpsiyon izotermleri dışında
dağılım katsayısı, konsantrasyona bağımlılık gösterir. Adsorpsiyon olayında dağılım
katsayısı, denge sabiti ile aynı anlama gelmektedir (Khan, Reman, 1995) .
68
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
3.2.7. İzleme Tekniği
İzleme tekniği, bir elementin izotoplarının fiziksel, kimyasal ve biyolojik
süreçlerde değişmediği temeline dayanır. Bu izotopların davranışları, aynı kimyasal
yapı içinde bulunan aynı elementin diğer atomları ile benzer olacaktır.
Bu konuda iki kesin varsayım vardır:
1. Varsayım; radyoizotoplar aynı elementin kararlı izotopları ile kimyasal
bakımdan özdeştir. Bir karbon bileşiğinde
12
C yerine
14
C konursa, bileşiğin tipinde,
ve kimyasal bağının şiddetinde, ve fiziksel özelliklerinde bir değişme olmaz. Bu
varsayımın geçerliliği fiziksel ve kimyasal özelliklerin kesin ölçümlerine dayanır.
Çeşitli izotopların kütleleri arasıdaki fark, bu özelliklerde değişiklik oluşturmaz. 12C
ve 14C arasıdaki kütle farkı %15 olmasına rağmen, izotop etkisi ölçülemeyecek kadar
küçüktür.
2.
Varsayım; radyoaktif parçalanma olana kadar radyoaktif atom, kararlı
izotopundan ayırt edilemez ve sayılabilir. Daha sonra, aynı element değildir ve aynı
kimyasal davranışları göstermez.
İyi düzenlenmiş izleme tekniğinde, radyoaktivite seviyesi doğru veri almayı
sağlayacak kadar yeterli, fark edilir radyasyon etkileri oluşturmayacak kadar azdır.
Aynı zamanda kullanılan radyoizotopun yarı ömrü, kimyasal araştırmaya izin
verecek kadar uzun olmalıdır. Aksi halde işlemin farklı noktalarında sonuçları
karşılaştırmak için bozunma tablolarından düzeltme yapılmalıdır (Choppin, Rydberg,
1980)
İzotop izleme yönteminin avantajlarını şöyle sıralayabiliriz:
1) Radyoaktif izleyiciler kolaylıkla dedekte edilir. 10-16 ve 10-6 hassasiyetle kesin
olarak ölçülebilirler.
2) Radyoaktivite; basınç, sıcaklık ile kimyasal ve fiziksel halden bağımsızdır.
3) Radyoaktif izleyiciler sistemi etkilemezler ve tahribatsız tekniklerde
kullanılırlar.
4) Eğer izleyici kimyasal olarak safsa, diğer elementlerle girişim ortaya çıkmaz.
5) Ortamda bulunan diğer radyoaktif maddelerden dolayı bir hata oluşmaz.
6) Atomik seviyede izleme yapmak mümkündür.
69
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
7) Radyoaktif izleyiciler hemen hemen her element için elde edilebilir.
8) Rutin çalışma şartlarında uygulanabilir.
9) Radyoaktif izleyicilerin ölçülmesi nispeten kolay ve basittir.
Olumsuz yönleri ise şunlardır.
1) Uygulaması uzmanlık ister.
2) Nükleer güvenlik kurallarına dikkat etmek gerekir.
3) Pahalıdır.
3.2.8 Gama Spektrometresi
γ
spektrometresi,
sintilasyon
sayıcısı
olup,
çalışması
iyonlaştırıcı
radyosyanların bazı maddelerin kristalleri ile veya bir fosfor ile etkileşmesi sonucu
meydana gelen lüminesans olayına dayanır. X veya γ ışınları için NaI (Tl), ya da
lityum ile aktive edilmiş, Germanium, Ge (Li) kristalleri kullanılır. Kristal içinden
geçen ışınları, kristal atomları ile yaptıkları etkileşmeler sonucu enerji kaybederek
absorplanırlar. Fotoelektrik olay, Compton olayı ve çift tabaka oluşumu meydana
getirirler. Germanium kristalindeki yüksek atom numaralı iyodun, γ ışınları ile
etkileşme tesir kesiti oldukça yüksektir. Etkileşme sonucu meydana gelen iyonize
tanecikler (foto-elektronlar, Compton elektronları ve pozitron elektron çiftleri),
kendi kinetik enerjilerini kristalin atomlarına vererek bu atomları iyonlaştırır ve
uyarırlar. Uyarılan atomlar tekrar eski durumlarına bir ışık fotonu yayarak dönerler.
Işığı geçirgen bir madde olan kristalden çıkan bu fotonlar, fotomültiplikatör tüpünde
çoğaltılarak birbirine bağlı bir dizi diskriminatör sistemine gelirler ve sadece belirli
enerji aralığındaki pulslar geçirilir.
Bu arada kristaldeki bir fotoelektrik etkileşme tek enerjili fotoelektronlar
meydana getirir. Meydana gelen aynı şiddetdeki ışık pulsları, aynı büyüklükte çıkış
pulsları oluştururlar. Diğer taraftan Compton saçılmasında meydana gelen
elektronların enerjileri, çarpmadan sonra saçıldıkları açıya bağlı olarak farklılık
gösterir ve sürekli bir enerji spektrumu meydana gelir. Gelen gama ışınının enerjisi
1.02 MeV’dan daha büyük ise kristal atomu içine giren fotonların enerjisi, atom
70
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
çekirdeği yakınında tamamen kaybolur ve yerine biri negatif diğeri pozitif yüklü olan
iki elektron çifti ortaya çıkar.
Gamma ışınlarının dedeksiyonunda dikkat edeceğimiz husus, ortamdaki
etkileşmelerde compton etkisini azaltmak, fotoelektrik enerjiyi artırmak olacaktır.
Yüksek atom numaralı kristalleri kullanmamız amacımıza uygun olacaktır.
Fotoelektrik etkileşmeden oluşan çıkış pulsu büyüklüğü, kristale gelen gamma
ışınlarının enerjisi ile orantılıdır. Bir gamma spektrometresi kaydedilen bir
radyonüklid tarafından yayılan γ fotonlarına karşılık gelen pikler, fotopikler olarak
adlandırılır. Böylece sistem, bilinmeyen gamma fotonu yayan radyonüklidlerin
tanımlanmasında ve enerji spektrumu elde edilmesinde kullanılır. Foto pikin altında
kalan alandan integral sayım sayısı hesaplanarak aktivite belirlenir (Friendlander G,
Kennedy J.W, Macies E.S, Miller).
Şekil 3.12 Gama Spektrometresinin Şeması
71
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
3.5 Deneysel Aşamalar
3.5.1 Deneyde Kullanılan Malzemeler
CsCI(Merck)
NaOH(Merck)
HCI(Merck)
3.5.2 Deneyde Kullanılan Radyoizotop
Şekil 3.13 Radyoaktif Sezyum-137’ye Ait Dikey Şeması
Sezyum metallerin en reaktif grubu olan alkali metallerden biridir. Birçok
izotopları arasında en önemlileri Cs137 ve Cs134 dür. Her ikisi de fisyon ürünü olup
foton enerjileri Cs137’nin 662 kev; Cs134’ün ise 569 kev,604 kev ve 796 kev’dir.
Cs137’nin radyotoksitesi orta olarak sınıflandırılır ve radyoümmünolojik testler,
radyoterapik kullanım, endüstri alıştırmalrı gibi önemli uygulama alanlarına sahiptir.
Yüksek çözünürlüğü vardır. Nükleer güç endüstrisinde atık formundki en önemli
rdyoaktif kaynaktır.
72
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
3.5.3 Kullanılan Adsorbanlar
1. Kil: Ordu(Uzunisa) yöresinden elde edilmiştir. XRD çekimlerinde içinde saf
illit minerali gözlemlenmiştir. Bu kil numunesinin gözenekliliği(porosity)%56’dır.
Yoğunluğu 3,10 g/cm3 dür. Yüzey alanı 165 m2/g olarak tespit edilmiştir. İllit
mineralinin hipotetik dizilimi şöyledir.
İllit
[Kal2(Si3Al)O10(OH)2]
2. Kil: Söğüt seramik kilidir. XRD çekimlerinde içinde Quartz, Klorit ve İllit
minerallerinin
bulunduğu
tespit
edilmiştir.
Bu
kil
numunesinin
gözenekliliği(porosity) %50’dir. Yoğunluğu 2,77 g/cm3 dür. Yüzey alanı Quartz için
2,8 m2/g, Klorit için 24 m2/g ve İllite için 165 m2/g olarak tespit edilmiştir. Söğüt
seramik kilinin hipotetik dizilimi şöyledir.
Quartz
[SiO2]
Klorit
[(Mg, Al, Fe)6(Si, Al)4O10(OH)8]
İllite
[(K, H3O)Al2Si3AlO10(OH)2]
Quartz
Kristalografisi
α Quartz : Trigonal, 32 Uzay grubu: C322 veya C312
a= 4,913 c=5,405 z=3
a:c=1:1.100
β Quartz : Hekzagonal, 622 Uzay grubu: C622 veya C642
a=4,99
c=5,45
z=3
a.c=1: 1.094
Fiziksel Özellikleri: Dilinim yoktur. Kırıklık koloidal. Sertlik: 7. Yoğunluk: 2,65.
Parlaklık: cam, Renk: Renksiz, beyaz ve çeşitli renkler. Piozoelektrik ve piroelektrik
özellikleri gösterir. Optik özellikleri: Saydam, renksiz.
Kimyasal Bileşimi: % 46,75 Si, % 53,25 O. Doğal kuartz içinde katı eriyik
halinde bulunan başlıca elementler: Li, Na, Al, Ti, Mg, (OH). Kimyasal bileşiminde
değişimler çok azdır, fakat önemlidir. Renkli olanlar gaz, sıvı ve katı kapanımlar
içerirler. Bunlar CO2, H2O, hidrokarbon, NaCI ve CaCO3 ve rutil, aktinat gibi bazı
minerallerdir.
Quartz kayaç oluşturan önemli bir mineraldir. Doğada çok miktarda ve
yaygın olarak bulunur. Litosferin hemen hemen %12’si SiO2 dir. Çeşitli kökenlerden
73
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
gelir. Magmatik, metamorfik ve tortul kayaçların pek çoğunun esas bileşenidir.
Büyük quartz kristallerine pegmatikler içinde çok rastlanır. Quartz çözünemez
olduğu halde yer kabuğu içinde hareketli(mobil) dir. Kumtaşları içinde tekrar
kristalleşerek kırıntı tanelerini çimentolar.
Şekil 3.14 Quartz Mineralinin Şekli
Klorit
Kristal yapısı: Kloritler, talk veya profillit ve brusit veya jipsit tabakalardan
oluşurlar. Kristal yapısı d001= 14,30A0 da bir tekrar eder.
Görünüm: Kristaller psödohekzagonal ve (001) boyunca yassıdırlar. Genellikle ince
tabakalı kitleler veya pullar halinde bulunurlar.
Fiziksel Özellikler: Saydam, renksiz veya yeşil. Pratik olarak tek eksenli görülür.
Pleokroizm: Hafif.
Kimyasal bileşimi: Klorit talk ve brusit tabakalarından oluşur ki, bunların hipotetik
bileşimi Mg6Si8O20(OH)4+ Mg6(OH)12 şeklinde yazılabilir. Kloritlerde her iki
tabakada geniş ölçüde substitüsyonlar görülür. Silisyum yerine (Si7Al) veya (Si4Al4)
oranlarında Al gelebilir.
74
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Tanınması: Kloritler yeşil renkleri, dilinimleri mika gibi görünümleri ile karakterize
olurlar. Dilinim tabakaları elastik değildir. Kloritler birbirinden optik özellikleri ve X
ışınları difraksiyon çizgilerinden ayrılırlar.
Bulunuşları: Kloritler düşük sıcaklıkta kararlı olan (Mg, Fe, Al) silikatlardır. Doğada
yaygın olarak bulunurlar. Düşük sıcaklık başkalaşım kayaçlarında bulunurlar. Ayrıca
hidrotermal ayrışmaya maruz kalmış magmatik kayaçlardaki ferro magnezyen
minerallerden türerler. Kloritlerin killi kayaçların bozunma ürünü olarak oluşurlar.
Bundan başka demirce zengin tortullar içinde de bulunurlar.
Şekil 3.15 Klorit Kristalinin Yapısı
3. Kil: Ordu yöresinden elde edilmiş Klorit türü kildir. XRD çekimlerinde Klorit
ve Sanidin minerali gözlemlenmiştir. Bu kil numunesinin gözenekliliği(porosity)%58
dir. Yoğunluğu 2,75 g/cm3 dir. Kloritin yüzey alanı 24m2/g dır. Sanidinin ise 56 m2/g
dır. Hipotetik dizilimi ise şöyledir.
75
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Sanidine
[(Na, K)(Si3Al)O8]
Klorit
[(Mg, Al, Fe)6(Si, Al)4O10(OH)8]
Kloritlere ait diğer bilgiler iki numaralı kil örneğinde verilmiştir.
Sanidine
Ani soğumuş olan trakit ve riyolitler içinde bulunur. Alkali feldspattır.
Monoklinik, C2/m a=8,564 b=13,030 c=7,175 β=1150592
Yüksek sıcaklıkta oluşan sanidinde optik eksenler düzlemi (010). Kristaller
renksiz, cam gibi {010} a paralel yassıdır.
3.16 Sanidin Şekli
4. Kil: Denizli yöresinden elde edilen sepiyolit türü kildir. XRD sonuçlarına
göre Sepiyolitin yanı sıra, Palygorskite minerali gözlemlenmiştir. Sepiyolitin
gözenekliliği %72 dir. Yoğunluğu ise 2,39 g/cm3 dür. Yüzey alanı 89 m2/g dır.
Hipotetik gösterilişi şöyledir.
Sepiyolit(Lületaşı): Mg4(Si6O15)(OH)24H2O
Paligorskit(Atapulkit): (Mg, Al)2(Si4O10)(OH).2H2O+2H2O
76
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Sepiyolit
Kristalografi: Ortorombik, 2/m 2/m 2/m.
Uzay Grubu: pncn
Kristal
Yapısı:
a=5,28
Kristal
b=26,8
yapısı
c=13,4
z=2
amfibollerinkine
benzer,
fakat
silisyum
dörtyüzlülerinden oluşan zincirler arasındaki boşluklarda su molekülleri bulunur.
Yapı silisyum oksijen dörtyüzlülerinin oluşturduğu üçlü zincir içerir. (Si12O31) ve
böylece tabakalı ve zincir yapılı silikatlar arasında bir geçiş teşkil eder.
Sepiyolitin lifsel özelliği elektron mikroskobu altında görülür.
Görünüm: Kompakt veya süngerimsi kitleler halindedir.
Fiziksel Özellikler: Sertlik:2-2,5, Yoğunluk: 2,2 g/cm3 Gözenekli olan numuneler
su üzerinde yüzerler. Parlaklık: Toprağımsı, bazen mum. Renk: Beyaz, pembemsi
beyaz, sarımsı.
Kimyasal Bileşimi: Oldukça değişkendir. Al, Fe+2, Fe+3, Ni içerebilir. HCI asit ile
jelatinleşir.
Tanınması: Kompakt olduğu zaman dokunumu pürüzsüzdür. Fakat kırılma indisi
daha küçüktür.
Bulunuşu: Serpantinlerin ayrışma ürünü olarak bulunur.
Şekil 3.17 Sepiyolitin Kristal Yapısının (001) Üzerine İzdüşümü
Paligorskit
Kristalografi: Ortorombik veya monoklinik.
77
Uzay Grubu: A2/m
3.MATERYAL VE METOD
a=5,2 b=2.9,0
F.Aysun UĞUR
c=13,4
β=90-930
z=2
Kristal yapısı: Sepiolit gibidir, yalnız zincirsel üniteler daha geniştir. Elektron
mikroskobunda lifsel kristaller görülür.
Fiziksel özellikler: Sertlik: 2-2,5 Yoğunluk: 2,2
Renk: Beyaz, gri-beyaz, sarımsı beyaz, ıslakken gri yeşil
Kimyasal Bileşimi: Kimyasal formülde gösterilenlerin yanında az miktarda Fe+2,
Fe+3, Ca içerebilir. Mg’un Al’a oranı geniş ölçüde değişir, fakat Mg genellikle
daha fazladır.
3.5.4
Kullanılan Aletler
X-Işınları Difraksiyonu(XRD)
X-Işınları Fluoresan Spektrumu(XRF)
Yüzey Alan Ölçümü Cihazı(Quantachrome)
Gama Sayıcı(Canberra)
Termostatlı Çalkalayıcı(GFL 1083)
Jenway 3040 İon Analyser
Santrüfij(Janetzki T 32 A)
Etüv(max 220 °C)
Terazi(Mettler H 10), Elek
3.5.5
Adsorbanların Hazırlanışı Ve Özelliklerinin Belirlenmesi
Dört farklı yöreden MTA aracılığı ile temin edilen killer, elenerek beş ayrı
tanecik boyutuna(mash) ayrıldı. MTA laboratuarlarında XRD çekimleri ve yüzey
analizleri yapıldı. XRD spektrumları Şekil 3.17, 3.18, 3.19, 3.20 da verilmiştir.
78
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
3.5.6 Deneyin Yapılışı
3.5.6.1. Solüsyonun Hazırlanması
Deneylerde kullandığımız solüsyonların hazırlanması sırasında, yürütücü ve
aynı zamanda solüsyonun içindeki iyonların homojen olarak dağılmasını sağlamak
amacıyla
CsCI
tuzu
kullanılmıştır.
Solüsyon
içinde
CsCI’ün
değişik
konsantrasyonlarda kullanılması adsorpsiyonu hızlandırıp, yavaşlatan en önemli
parametredir. Banyo deneyleri aşamasında birbirine yakın altı ayrı düşük
konsantrasyon hazırlanmıştır(1,68.10-4, 2,52.10-4, 3.36.10-4, 4,20.10-4, 5,04.10-4,
5,88.10-4). Kolon deneyleri sırasında bunlardan en düşük ve en yüksek olanları,
olmak üzere iki ayrı konsantrasyon hazırlanmıştır.
Kullanılan radyoaktif Sezyum 137 Amersham firmasından alınmıştır. Ocak
2000 tarihinde aktivitesi 12 MBq/l dir. Deneyin yapılış tarihi Ağustos 2003’tür. Bu
durumda aktivite hesabı yapıldığında,
A = A0 (− exp λt )
= 12.10 6 Bq (− exp)
0,693
3,58 yıı = 11MBq / l
30 yıı
olduğu hesaplanır..
3.5.6.2. Dedektör Verimi
Hazırlanan 110000Bq/10 ml standart solüsyon HpGe dedektörde sayıldı.
Sonuçta 430400/300 s bulundu. Buradan dedektör verimi hesabına geçilirse
Verim =
Sayıa
Aktivite.Zaman.Olasılas
Verim =
430400
110000 Bq.300s.0,8666
Verim = %15
elde edilir.
79
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Şekil 3.18 I Kile(İllite) Ait XRD Spektrumu
80
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Şekil 3.19 II.Kile(Klorit) Ait XRD Spektrumu
81
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Şekil 3.20 III. Kile(Söğüt Seramik) Ait XRD Spektrumu
82
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Şekil 3.21 IV Kile(Sepiyolit) Ait XRD Spektrumu
83
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
zaman süresinde üç yıl yedi ay’lık bir dikey söz konusudur. Bu durumda aktivite
hesabı yapıldığında,
(3.18)
A = A0 ( − exp λt )
= 12.10 6 Bq (− exp)
0,693
3,58 yıı
30 yıı
= 11MBq / l
(3.19)
(3.20)
olduğu hesaplanır..
3.5.6.3. Banyo Deneyleri
Daha önce beş ayrı tanecik boyutuna ayrılmış olan dört farklı kil örneğinden
0,02 g adsorban örneği alınarak, üzerine 5 ml sezyum çözeltisi ilave edildi. 20 °C de
bir dakika ile 16 saat arasında değişen, farklı sürelerde termostatlı çalkalayıcı su
banyosunda çalkalandı. Daha sonra katı ve sıvı fazlar 3500 rpm’de 30 dakika
santrifüj ile ayrıldı ve süzüldü. Sezyumun adsorpsiyonunu tayin etmek üzere sıvıdan
2 ml alınarak sayım yapmak için özel tüplere konuldu. Daha sonra sezyumun
adsorpsiyon miktarını hesaplayabilmek için örnekler gama spektrometresinde sayıldı.
Bu ölçümlerde yüzde adsorpsiyon miktarı şöyle hesaplandı.
% Ads = (
A0 − A f
A0
(3.24)
) × 100
Burada;
A0 : Standart çözeltinin dakikadaki sayım sayısı
A f : Adsorpsiyondan sonra ölçülen çözeltinin dakikadaki sayım sayısı.
84
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
% Ads : Yüzde adsorpsiyon oranı
⎛ A0 − A f
Kd = ⎜
⎜ Af
⎝
⎞V
⎟
⎟m
⎠
(3.25)
⎛ V⎞
X m = % Ads⎜ C 0 ⎟
⎝ m⎠
(3.26)
%Adsorpsiyon, dağılım katsayısı(Kd) ve adsorplanan madde miktarı(Xm)
değerleri yukarıdaki eşitlikler yardımıyla hesaplandı. Daha sonra Freundlich,
Langmuir ve Dubinin Raduskevich adsorpsiyon izotermleri çizilerek, bu izotermlere
ait gerekli sabitler hesaplandı.
Langmuir adsorpsiyon izotermlerinden sorpsiyon kapasitesi (tek tabakada
adsorplanabilecek maksimum sezyum miktarı) en küçük kareler metodu ile
hesaplandı. Elde edilen değerler Tablo 4.5, Tablo 4.6, Tablo 4.7, Tablo 4.8’de
gösterildi.
3.5.6.4. Kolon Deneyleri
Bu yöntemde akış hızı sabit tutularak, kolon içine yerleştirilen bir adsorbanın,
ağırlıkça belirli bir birim miktarı üzerinden, solüsyon geçirilir. Bu yöntemde
solüsyonun akış hızı tamamen adsorbanın, hidrolik geçirgenliği ile ilgilidir. Hidrolik
geçirgenlik ise adsorbanın tanecik büyüklüğü, miktarı ve doğal yapısından
etkilenmektedir. Adsorban maddenin, solüsyon ile teması doğal haline bırakılmıştır.
Zaman parametresi doğadaki adsorpsiyon olaylarında olduğu gibidir.
Kolon deneyleri sırasında çapı 4 cm, boyu 25 cm olan cam kolonlar
kullanılmıştır. Bu kolonların dibine, kilin solüsyonla birlikte akmasını önlemek
amacıyla, su geçirebilen membran filtreler yerleştirilmiştir. Kolonların alt kısmında
bulunan musluk yardımıyla, solüsyonun alttaki beherlere kontrollü olarak akması
sağlanmıştır.
Daha önce hazırlanmış olan radyoaktif maddenin 10 ml’lik hacmi alınarak
kolon deneylerinin adsorpsiyondan sonraki çıkış hacimlerinde referans olarak
85
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
kullanılmak üzere standart kaynak hazırlanmıştır. Standart kaynak olarak kullanılan
örnek, dedektör kristalini 360 derecelik, dört π geometride görecek tarzda küçük bir
silindir şekline sahiptir.
Kolon adsorpsiyonu elde edilen radyoaktif süzüntüler 10’ar mililitrelik bu
standart plaxiglas kaplarda sayılmıştır. Bu sayede kaynak geometrisinden ortaya
çıkabilecek sayım hataları engellenmiştir. Ayrıca kullandığımız radyoaktif Sezyum
137’nin uzun yarı ömrü sayesinde(30,17 yıl) radyoaktif maddenin dikeyinden
oluşabilecek hatalarda minimuma indirilmiştir.
Önceden temizlenip hazırlanmış olan kolonlar ayaklı bir tutucu yardımıyla
dikey halde hazır hale getirildiler. Daha sonra boyutlarına göre ayrılmış olan I
numaralı kilin en büyük boyutu olan +120 boyutundaki örnekten, hassas terazi
yardımıyla 5 g ölçülerek alındı. Kolon içine yüzeyin her tarafına homojen olacak
şekilde bu kil huni yardımıyla yerleştirildi. Bu sırada kolonda oluşturduğu yükseklik
kaydedildi. Rutin olarak kalibrasyonu yapılan mikropipet yardımıyla 20 ml’lik iki
kez distile edilmiş su ile kil ıslanmaya bırakıldı. Bu sırada kilin yüzeyinin
bozulmaması amacıyla, pipet kolonun iç cidarlarından süzülecek şekilde kil ıslatıldı.
Zaman kaydedildi. Bu sırada kolonun musluğu açılarak kilden süzülen suyun
geçmesine izin verildi. 20ml hacminde su tamamen kili ıslatıp kil yüzeyinde sıvı
kalmayana kadar beklenildi ve zaman kaydedildi.
Daha sonraki aşamalarda, hazırlanan radyoaktif solüsyon mikropipet
yardımıyla 20’şer ml’lik hacimler halinde kolona aynı teknik ile verildi. Bu sırada kil
yüzeyi bozulmamaya ve kil üzerindeki sıvı tabakasının tamamen bitmemesine dikkat
edildi. Her 20 ml’lik hacim verildikten sonra musluk altındaki bir önceki beher
alındı. Her defasında pipet ucu değiştirilerek kontaminasyona izin verilmedi. Her
alınan beher hassas terazide ölçüldü. Bunların içindeki solüsyondan standart ölçüm
kaplarına her defasında 10 ml’lik numune alındı ve bunlara numara verildi. Bu
standart ölçüm kapları sayım geometrisi hep aynı olacak şekilde HpGe dedektöründe
sayıldı. Bu sayımlar, geçirilen solüsyon hacmi ve zamanın değişimini gösterecek
şekikde tablolar hazırlandı.
Başlangıçta tespit edilen standart sayım değerine yakın değerler elde
edilmeye başlandı. Bir süre daha deneye devam edildi. Ölçüm değerlerinin sabit
86
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
kaldığı değerlerde deneye son verildi. Daha sonraki aşamalarda aynı kilin diğer iki
boyutu aynı metotla çalışıldı. Bu çalışmalarda doğal olarak her kil boyutu için
solüsyonun dengeye gelme süresi ve bu süreye bağlı hacim değerleri farklı olarak
elde edildi. Genel olarak elde edilen sonuçlarda, kil boyutu küçüldükçe dengeye
gelme süresinin uzadığı ve buna bağlı olarak da solüsyon hacminin arttığı tespit
edilmiştir.
II.Kil(Klorit) Kolon Çalışması
IV.Kil(Sepiolit) Kolon Çalışması
Desorpsiyon
Banyo Deneyleri
87
3.MATERYAL VE METOD
F.Aysun UĞUR
Daha sonra kolon deneylerinin deneysel verilerini değerlendirme aşaması
gerçekleştirilmiştir. Burada esas olarak kil üzerinden süzülen çıkış çözeltileri ayrı
ayrı sayıldı. Bu sayımlara karşılık gelen hacim ve zaman parametreleri ile grafikler
çizildi. Kolon verimi (dekontaminasyon faktörü) hesaplandı. Bu hesaplamalar
sırasında aşağıdaki model grafik kullanılmıştır.
1,2
1
Vc
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
Vb
0
-0,2 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Effulent Hacim(ml)
Şekil 3.22 Model Grafik
Bu model grafik, adsorpsiyondan sonra elde edilen denge konsantrasyonunun
başlangıç konsantrasyonuna oranının, çıkış hacmi ile ilişkisini gösteren bir grafiktir.
Vb= Effulent hacimde aktivitenin ilk dedekte edildiği hacim(ml)
Xb= Vb ile V= 0 arasında 1kg kil başına adsorbe edilmiş olan sezyum miktarı(mg)
VC= Grafik üzerinde C/C0 oranının sabit olduğu ilk hacim değeri (ml)
t = Deneyin süresi (saat)
Q = VC hacmine kadar kolondan geçen toplam sezyum miktarı (mg)
XC = Kapanma noktasında(sayımların sabit olduğu değer)1kg kil başına adsorbe
edilmiş olan sezyum miktarı (mg)
RC = Kolonun toplam sezyum uzaklaştırma etkinliği(Dekontaminasyon faktörü)
RC=(XC/Q).100
(3.27)
Bu grafikler her boyut için ayrı ayrı çizilerek kolon adsorpsiyonunda hesaplanması
gereken değerler bulunmuştur.
88
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
4.BULGULAR VE TARTIŞMA
4.1 Banyo Deneylerine Ait Bulgular
4.1.1. Adsorpsiyonun Dengeye Erişme Süresinin Tayini
Dengeye erişme süresini tayin etmek için 25°C de 4,20.10-4M radyoaktif
sezyum kullanılarak, 1 dakika ile 16 saat arasında çalışıldı. Dengeye gelme süresi 60
dakika olarak belirlendi. Dört kil örnek üzerinde sezyumun yüzde adsorpsiyon
değerlerinin zamanla değişimi Şekil 4.1, Şekil 4.2, Şekil 4.3 ve Şekil 4.4’de
gösterildi.
0,8
0,7
%Adsorpsiyon
0,6
0,5
0,4
0,3
120
0,2
-120+100
-100+70
-70+45
0,1
-45+30
0
0
200
400
600
800
1000
Zaman(Dakika)
Şekil 4.1 1.Kilin Beş Farklı Tanecik Boyutu İçin Dengeye Erişme Süresi Tayini
89
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
0,8
0,7
%Adsorpsiyon
0,6
0,5
0,4
-45+30
0,3
-70+45
-100+70
0,2
-120+100
120
0,1
0
0
200
400
600
800
1000
Zaman(Dakika)
Şekil 4.2 2.Kilin Beş Farklı Tanecik Boyutu İçin Dengeye Erişme Süresi Tayini
0,9
0,8
%Adsorpsiyon
0,7
0,6
0,5
0,4
-45+30
0,3
120
-70+45
0,2
-100+70
-120+100
0,1
0
0
200
400
600
800
1000
Zaman(Dakika)
Şekil 4.3 3.Kilin Beş Farklı Tanecik Boyutu İçin Dengeye Erişme Süresinin Tayini
90
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
1
0,9
0,8
%Adsorpsiyon
0,7
0,6
0,5
0,4
-45+30
-70+45
0,3
-100+70
0,2
-120+100
0,1
120
0
0
200
400
600
800
1000
Zaman(Dakika)
Şekil 4.4 4.Kilin Beş Farklı Tanecik Boyutu İçin Dengeye Erişme Süresi Tayini
4.1.2. Katı-Sıvı Oranı Tayini
Sezyum çözeltileri ile dört kil örnek üzerinde yapılan adsorpsiyon
çalışmalarında, katı/sıvı oranını tayin etmek için hacim sabit tutularak kil miktarları
değiştirildi. 25 °C’de 4,20.10-4M sezyum çözeltisinden 5 ml alınarak 0,01g, 0,02g,
0,04g, 0,1g, 0,2g, 0,4g tartılan kil örnekler üzerine ilave edildi. Dört kil örnek için
logKd ile V/m arasında çizilen grafikten, V/m’ nin 250ml/g olan değeri katı sıvı oranı
olarak alındı. Şekil 4.5, Şekil 4.6, Şekil 4.7, Şekil 4.8.
91
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
3,5
LogK(d)(ml/g)
3
2,5
2
-45+30
1,5
120
-120+100
1
-100+70
-70+45
0,5
0
0
100
200
300
400
500
600
V/m(ml/g)
Şekil 4.5 1. Kilin Sezyum Adsorpsiyonunda, V/m Oranı
İle Dağılım Katsayısı Kd’nin Değişimi
3
LogK(d)(ml/g)
2,5
2
-45+30
1,5
-70+45
-100+70
-120+100
1
120
0,5
0
100
200
300
400
500
V/m(ml/g)
Şekil 4.6 2.Kilin Sezyum Adsorpsiyonunda V/m Oranı
İle Dağılım Katsayısı Kd’nin Değişimi
92
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
3
Log K(d)(ml/g)
2,5
2
1,5
-45+30
1
-70+45
-100+70
-120+100
0,5
120
0
0
100
200
300
400
500
V/m(ml/g)
Şekil 4.7 3.Kilin Sezyum Adsorpsiyonunda V/m Oranı
İle Dağılım Katsayısı Kd’nin Değişimi
3
Log K(d)(ml/g)
2,5
2
1,5
-45+30
-70+45
-100+70
1
-120+100
120
0,5
0
100
200
300
400
500
600
V/m(ml/g)
Şekil 4.8 4.Kilin Sezyum Adsorpsiyonunda V/m Oranı
İle Dağılım Katsayısı Kd’nin Değişimi
93
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
4.1.3. Başlangıç Konsantrasyonu İle X/m, %Adsorpsiyon ve Kd Değerlerinin
Değişmesi
Sezyum çözeltilerinin başlangıç konsantrasyonları 1,68.10-4M, 2,52.10-4M,
3,36.10-4M, 4,20.10-4M, 5,04.10-4M, 5,88.10-4 M olarak hazırlandı. Başlangıç
konsantrasyonu ile adsorplanan madde miktarı X/m, dağılım katsayısı KD ve
%adsorpsiyonun değişmesi Tablo 4.1, Tablo 4.2, Tablo 4.3 ve Tablo 4.4’de
verilmiştir. En yüksek % Adsorpsiyon miktarı dördüncü kilde bulunmuştur. Bu sıra
sezyum için 4.Kil>3.Kil>2.Kil>1.Kil şeklindedir.
Başlangıç konsantrasyonunun artmasıyla yüzde adsorpsiyon değeri azaldı.
Buna karşılık adsorplanan madde miktarı arttı. Aynı şekilde dağılım katsayısı da
azaldı.
94
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
Tablo 4.1 I.Kile Ait Deneysel Bulgular ve Değerler
Boyut
+120
-120+100
-100+70
-70+45
-45+30
Af(Bq)
5565
6270
6820
7273
7531
7878
4542
4874
5509
6342
6820
7059
3334
3913
4411
4660
5624
5726
2943
3600
3851
4279
4352
5380
1628
2074
2301
2828
3581
4285
C0(mol/l)
1,68E-04
2,52E-04
3,36E-04
4,20E-04
5,04E-04
5,88E-04
1,68E-04
2,52E-04
3,36E-04
4,20E-04
5,04E-04
5,88E-04
1,68E-04
2,52E-04
3,36E-04
4,20E-04
5,04E-04
5,88E-04
1,68E-04
2,52E-04
3,36E-04
4,20E-04
5,04E-04
5,88E-04
1,63E-04
2,52E-04
3,36E-04
4,20E-04
5,04E-04
5,88E-04
Cd(mol/l)
8,49E-05
1,43E-04
2,08E-04
2,77E-04
3,45E-04
4,21E-04
6,93E-05
1,11E-04
1,68E-04
2,42E-04
3,12E-04
3,77E-04
5,09E-05
8,96E-05
1,34E-04
1,77E-04
2,57E-04
3,06E-04
4,49E-05
8,24E-05
1,17E-04
1,63E-04
1,99E-04
2,87E-04
2,48E-05
4,75E-05
7,02E-05
1,07E-04
1,64E-04
2,29E-04
95
X(mol/g)
2,0753E-05
2,0709E-05
3,1922E-05
3,5584E-05
3,9742E-05
4,1733E-05
2,4660E-05
3,1359E-05
3,6984E-05
4,4469E-05
4,7880E-05
5,2689E-05
2,9271E-05
4,1821E-05
5,0320E-05
5,8236E-05
6,4668E-05
7,0506E-05
3,1047E-05
4,2381E-05
5,4593E-05
6,4155E-05
7,1916E-05
8,4395E-05
3,5787E-05
5,1126E-05
6,1283E-05
7,3369E-05
8,4988E-05
7,4728E-05
%Ads
49,41
43,02
38,01
33,88
31,54
28,38
58,71
55,69
49,92
42,35
38,00
35,83
69,69
64,43
59,90
57,64
48,87
47,95
73,25
67,27
64,99
61,10
60,44
51,10
85,20
81,15
79,08
74,29
67,45
61,05
Kd(l/kg)
244
189
153
128
115
99
356
314
249
184
153
140
575
453
373
340
239
230
685
514
464
393
382
261
1439
1076
946
722
518
392
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
C0(mol/l) Cd(mol/l)
X(mol/g)
Af(Bq)
4050
1,68E-04 6,1857E-05 2,6535E-05
4896
2,52E-04 1,1216E-04 3,4962E-05
+120
5610
3,36E-04 1,7136E-04 4,1161E-05
6113
4,20E-04 2,3532E-04 4,6175E-05
6710
5,04E-04 3,0744E-04 4,9141E-05
6600
5,88E-04 3,5282E-04 5,8800E-05
3200
1,68E-04 4,8871E-05 2,9782E-05
3510
2,52E-04 8,0413E-05 4,2900E-05
-120+100 4400
3,36E-04 1,3400E-04 4,3228E-05
5238
4,20E-04 2,0000E-04 5,5000E-05
5830
5,04E-04 2,6712E-04 5,9220E-05
6005
5,88E-04 3,2098E-04 6,6727E-05
2455
1,68E-04 3,7497E-05 3,2625E-05
3633
2,52E-04 8,3235E-05 4,2191E-05
-100+70
4137
3,36E-04 1,2636E-04 5,2407E-05
4513
4,20E-04 1,7232E-04 6,1918E-05
4663
5,04E-04 2,1364E-04 7,2588E-05
5557
5,88E-04 2,9705E-04 7,2735E-05
1796
1,68E-04 2,7434E-05 3,5145E-05
2379
2,52E-04 5,4507E-05 4,9378E-05
-70+45
3032
3,36E-04 9,2601E-05 6,0856E-05
3950
4,20E-04 1,5082E-04 6,7296E-05
4167
5,04E-04 1,9091E-04 7,8273E-05
4529
5,88E-04 2,4207E-04 8,6488E-05
2394
1,63E-04 3,6556E-05 3,6556E-05
2323
2,52E-04 5,3200E-05 5,3200E-05
-45+30
2086
3,36E-04 6,3700E-05 6,3700E-05
2113
4,20E-04 8,0661E-05 8,0660E-05
2076
5,04E-04 9,5104E-05 9,5104E-05
1892
5,88E-04 1,0113E-04 1,0113E-04
Tablo 4.2 II.Kile Ait Deneysel Bulgular ve Değerler
Boyut
96
%Ads
63,18
55,49
49,00
43,97
39,00
40,00
70,91
68,09
60,01
52,38
47,00
45,41
77,68
66,97
62,39
58,97
57,61
49,48
83,67
78,37
72,44
64,09
62,12
58,83
82,80
81,13
80,79
81,04
78,88
78,24
Kd(l/kg)
429
312
240
196
160
167
609
533
377
275
222
208
870
507
415
359
340
245
1281
906
657
446
410
357
898
934
1069
1052
1075
1204
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
Tablo 4.3 III.Kile Ait Deneysel Bulgular ve Değerler
Boyut
+120
-120+100
-100+70
-70+45
-45+30
Af(B
q)
3753
4302
5590
5760
6542
7214
7214
3307
4309
4541
5248
5606
2247
3187
3224
3318
4026
4960
1859
2273
2456
2902
3714
4084
810
966
1317
1637
2114
2978
C0(mol/l)
Cd(mol/l)
X(mol/g)
%Ads
Kd(l/kg)
1,68E-04
2,52E-04
3,36E-04
4,20E-04
5,04E-04
5,88E-04
1,68E-04
2,52E-04
3,36E-04
4,20E-04
5,04E-04
5,88E-04
1,68E-04
2,52E-04
3,36E-04
4,20E-04
5,04E-04
5,88E-04
1,68E-04
2,52E-04
3,36E-04
4,20E-04
5,04E-04
5,88E-04
1,63E-04
2,52E-04
3,36E-04
4,20E-04
5,04E-04
5,88E-04
5,73E-05
9,85E-05
1,70E-04
2,19E-04
2,99E-04
3,85E-04
4,03E-05
7,57E-05
1,31E-04
1,73E-04
2,40E-04
2,99E-04
3,43E-05
7,30E-05
9,84E-05
1,26E-04
1,84E-04
2,65E-04
2,83E-05
5,20E-05
7,50E-05
1,10E-04
1,70E-04
2,18E-04
1,23E-05
2,21E-05
4,02E-05
6,24E-05
9,68E-05
1,59E-04
2,7669E-05
3,8360E-05
4,1311E-05
5,0022E-05
5,1067E-05
5,0500E-05
3,0190E-05
4,3873E-05
5,1097E-05
6,1600E-05
6,5935E-05
7,2088E-05
3,3419E-05
4,4748E-05
5,9379E-05
7,3332E-05
7,9884E-05
8,0710E-05
3,4902E-05
4,9977E-05
6,5242E-05
7,7300E-05
8,3462E-05
9,2418E-05
3,8908E-05
5,7468E-05
7,3945E-05
8,9376E-05
1,0170E-04
1,0720E-04
0,6588
0,6089
0,4918
0,4764
0,4053
0,3442
0,7597
0,6994
0,6083
0,5872
0,5233
0,4904
0,7957
0,7103
0,7069
0,6984
0,6340
0,5491
0,8310
0,7933
0,7767
0,7362
0,6624
0,6287
0,9264
0,9122
0,8803
0,8512
0,8078
0,7293
483
389
244
229
171
132
792
582
391
357
275
241
974
613
604
583
435
305
1234
962
870
705
491
424
3165
2601
1840
1433
1052
675
97
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
Af(Bq) C0(mol/l) Cd(mol/l) X(mol/g)
2346
1,68E-04
3,583E-05 3,583E-05
4388
2,52E-04
1,007E-04 1,007E-04
+120
4583
3,36E-04
1,738E-04 1,738E-04
5057
4,20E-04
2,462E-04 2,462E-04
6787
5,04E-04
3,109E-04 3,109E-04
6938
5,88E-04
3,708E-04 3,708E-04
1870
1,68E-04
2,856E-05 2,856E-05
2384
2,52E-04
5,460E-05 5,460E-05
-120+100 3645
3,36E-04
1,113E-04 1,113E-04
4390
4,20E-04
1,676E-04 1,676E-04
4927
5,04E-04
2,257E-04 2,257E-04
5807
5,88E-04
3,104E-04 3,104E-04
1431
1,68E-04
2,185E-05 2,185E-05
2055
2,52E-04
4,707E-05 4,707E-05
-100+70
2212
3,36E-04
6,756E-05 6,756E-05
2812
4,20E-04
1,073E-04 1,073E-04
3532
5,04E-04
1,618E-04 1,618E-04
4296
5,88E-04
2,290E-04 2,290E-04
766
1,68E-04
1,169E-05 1,169E-05
1624
2,52E-04
3,719E-05 3,719E-05
-70+45
1989
3,36E-04
6,074E-05 6,074E-05
212,9
4,20E-04
8,143E-05 8,143E-05
2865,5 5,04E-04
1,312E-04 1,312E-04
3809
5,88E-04
2,030E-04 2,030E-04
3608
1,63E-04
5,510E-06 5,510E-06
682
2,52E-04
1,562E-05 1,562E-05
-45+30
821,7
3,36E-04
2,500E-05 2,500E-05
1026
4,20E-04
3,918E-05 3,918E-05
1464
5,04E-04
6,708E-05 6,708E-05
1844
5,88E-04
9,854E-05 9,854E-05
Tablo 4.4 IV.Kile Ait Deneysel Bulgular ve Değerler
Boyut
98
%Ads
0,7867
0,6013
0,5834
0,5403
0,3830
0,3693
0,8300
0,7833
0,6686
0,6009
0,5521
0,4721
0,8699
0,8132
0,7989
0,7444
0,6789
0,6095
0,9304
0,8524
0,8192
0,8061
0,7395
0,6537
0,9672
0,9380
0,9253
0,9067
0,8669
0,8324
Kd(l/kg)
922
375
233
176
155
146
250
903
505
376
308
224
1672
1088
993
729
529
392
3343
1444
1133
1039
710
474
7373
3783
3110
2430
1628
1242
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
Dört kil örneği için 25°C de logKd ile katıdaki konsantrasyonlar arasında çizilen
yükleme(loading) eğrileri Şekil 4.9, Şekil 4.10, Şekil 4.11, Şekil 4.12, Şekil 13 de
verilmiştir.
Konsantrasyon(mol/l)
0,00E+ 1,00E- 2,00E- 3,00E- 4,00E- 5,00E- 6,00E- 7,00E00
04
04
04
04
04
04
04
-2,6
-2,7
LogK(d)(L/kg)
-2,8
-2,9
-3
1.Kil
2.Kil
-3,1
4.Kil
3.Kil
-3,2
Şekil 4.9 (+120)Boyutunda, Altı Farklı Başlangıç Konsantrasyonu
İçin, Kildeki Sezyum Konsantrasyonu İle Dağılım Katsayısının Değişimi
Konsantrasyon(m ol/l)
0,00E+ 1,00E- 2,00E- 3,00E- 4,00E- 5,00E- 6,00E- 7,00E00
04
04
04
04
04
04
04
-2,65
-2,7
LogK(d)(L/kg)
-2,75
-2,8
-2,85
-2,9
-2,95
4.Kil
-3
3.Kil
-3,05
2.Kil
-3,1
1.Kil
Şekil 4.10 (-120+100) Boyutunda, Altı Farklı Başlangıç Konsantrasyonu
İçin, Kildeki Sezyum Konsantrasyonu İle Dağılım Katsayısının Değişimi
99
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
Konsantrasyon(mol/l)
0,00E+ 1,00E- 2,00E- 3,00E- 4,00E- 5,00E- 6,00E- 7,00E00
04
04
04
04
04
04
04
-2,6
-2,65
LogK(d)(L/kg)
-2,7
-2,75
-2,8
4.Kil
3.Kil
-2,85
2.Kil
1.Kil
-2,9
-2,95
Şekil 4.11 (-100+70) Boyutunda, Altı Farklı Başlangıç Konsantrasyonu
İçin, Kildeki Sezyum Konsantrasyonu İle Dağılım Katsayısının Değişimi
Konsantrasyon(mol/l)
0,00E+ 1,00E- 2,00E- 3,00E- 4,00E- 5,00E- 6,00E- 7,00E00
04
04
04
04
04
04
04
-2,6
-2,65
LogK(d)(l/kg)
-2,7
-2,75
4.Kil
-2,8
3.Kil
2.Kil
-2,85
1.Kil
-2,9
Şekil 4.12 (-70+45) Boyutunda, Altı Farklı Başlangıç Konsantrasyon
İçin, Kildeki Sezyum Konsantrasyonu İle Dağılım Katsayısının Değişimi
100
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
Konsantrasyon(m ol/l)
0,00E+00
2,00E-04
4,00E-04
6,00E-04
8,00E-04
-2,55
-2,6
LogK(d)(l/kg)
-2,65
-2,7
-2,75
-2,8
1.Kil
-2,85
2.Kil
-2,9
3.Kil
-2,95
4.Kil
Şekil 4.13 (-45+30) Boyutunda, Altı Farklı Başlangıç Konsantrasyon
İçin, Kildeki Sezyum Konsantrasyonu İle Dağılım Katsayısının Değişimi
4.1.4 Adsorpsiyon Sonuçlarının Adsorpsiyon İzotermlerine Uygulanması
LnC(d)(mol/l)
-9,6
-9,8
LnX(mol/g)
-10
y = 0,4403x - 6,6368
R2 = 0,995
-10,2
-10,4
-10,6
-10,8
-11
-9,5
-9
-8,5
-8
-7,5
(+120)
Şekil 4.14 1.Kil (+120) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
101
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-9,6
-9,8
y = 0,4429x - 6,3551
R2 = 0,9969
ln(X/m)
-10
-10,2
-10,4
-10,6
-10,8
-9,8
-9,3
-8,8
-8,3
-7,8
lnC(d)
(-120+100)
Şekil 4.15 1.Kil (+120-100) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
-9,3
ln(X/m)
-9,5
-9,7
y = 0,4786x - 5,6595
R2 = 0,9849
-9,9
-10,1
-10,3
-10,5
-10,3
-9,8
-9,3
-8,8
-8,3
-7,8
lnC(d)
(-100+70)
Şekil 4.16 1.Kil (-100+70) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
102
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-9
-9,2
ln(X/m)
-9,4
y = 0,5516x - 4,8555
R2 = 0,996
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-10,6
-10,3
-9,8
-9,3
-8,8
-8,3
-7,8
lnC(d)
(-70+45)
Şekil 4.17 1.Kil (-70+45) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
-9
-9,2
LnX(mol/g)
-9,4
y = 0,448x - 5,4485
R2 = 0,9929
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-10,9
-10,4
-9,9
-9,4
-8,9
-8,4
lnC(d)(mol/l)
(-45+30)
Şekil 4.18 1.Kil (-45+30) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
103
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-8,7
LnX(mol/g)
-9,2
-9,7
-10,2
-10,7
(-45+30)
(-70+45)
-11,2
(-100+70)
-11
-10
-9
-8
(-120+100)
(+120)
LnC(d)(mol/l)
Şekil 4.19 1.Kilin Beş Faklı Boyutunda Freundlich İzotermi
12
y = 17520x + 2,7643
10
R2 = 0,9963
C(d)/X(g/l)
8
6
4
2
0
0,00E+0 1,00E0
04
2,00E04
3,00E04
4,00E04
5,00E04
C(d)(mol/l)
120
Şekil 4.20 1.Kil (+120) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
104
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
C(d)/X(g/l)
8
7
y = 14151x + 1,9879
6
R2 = 0,9931
5
4
3
2
1
0
0,00E+0 1,00E-04 2,00E-04 3,00E-04 4,00E-04
0
C(d)(mol/g)
(-120+100)
Şekil 4.21 1.Kil (-120+100) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
5
y = 9935,1x + 1,3384
4,5
4
R2 = 0,9974
C(d)/X(g/l)
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0,00E+00 1,00E-04 2,00E-04 3,00E-04 4,00E-04
C(d)(mol/g)
(-100+70)
Şekil 4.22 1.Kil (-100+70) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
105
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
4
y = 8291,7x + 1,101
3,5
C(d)/X(g/l)
3
R2 = 0,9881
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0,00E+00 1,00E-04 2,00E-04 3,00E-04 4,00E-04
C(d)(mol/l)
(-70+45)
Şekil 4.23 1.Kil (-70+45) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
3
y = 8682,1x + 0,5123
2,5
R2 = 0,9989
C(d)/X(g/l)
2
1,5
1
0,5
0
0,00E+00 5,00E-05 1,00E-04 1,50E-04 2,00E-04 2,50E-04
C(d)(m ol/l)
(-45+30)
Şekil 4.24 1.Kil (-45+30) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
106
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
12
11
10
9
C(d)/X(g/l)
8
7
6
(-45+30)
5
(-120+100)
4
120
3
(-100+70)
(-70+45)
2
1
0
0,00E+00
1,00E-04
2,00E-04
3,00E-04
4,00E-04
5,00E-04
C(d)(mol/l)
Şekil 4.25 1.Kil langmuir İzotermi Beş Boyut Bir Arada
Tablo 4.5 1.Kile Ait Langmuir İzoterm Değerleri
Boyut(mash)
+120
-100+70
-45+30
Xm(mg/kg)
6,39.103
11,52.103
15,26.103
107
b(l/mg)
0,014
0,020
0,026
R(%)
49
69
85
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-9,6
LnX(mol/g)
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-10,6
-10,8
y = -4E-09x - 8,5173
R2 = 0,9974
-11
3,00E+0 3,50E+0 4,00E+0 4,50E+0 5,00E+0 5,50E+0
8
8
8
8
8
8
2
2
2
E (J /mol )
120
Şekil 4.26 1.Kil(+120)Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
-9,4
-9,6
LnX(mol/g)
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-10,6
-10,8
3,00E+08
y = -4E-09x - 8,284
R2 = 0,9982
4,00E+08
2
5,00E+08
2
6,00E+08
2
E (J /mol )
(-120+100)
Şekil 4.27 1.Kil (-120+100) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
108
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-9,2
-9,4
LnX(mol/g)
-9,6
-9,8
-10
-10,2
y = -5E-09x - 7,7895
R2 = 0,9906
-10,4
-10,6
3,00E+ 3,50E+ 4,00E+ 4,50E+ 5,00E+ 5,50E+ 6,00E+
08
08
08
08
08
08
08
2
2
2
E (J /mol )
(-100+70)
Şekil 4.28 1.Kil (-100+70) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
-9
LnX(mol/g)
-9,2
-9,4
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
y = -5E-09x - 7,3536
R2 = 0,997
-10,6
3,00E+08
4,00E+08
2
5,00E+08
2
6,00E+08
7,00E+08
2
E (J /mol )
(-70+45)
Şekil 4.29 1.Kil (-70+45) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
109
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-9
LnX(mol/g)
-9,2
-9,4
-9,6
-9,8
-10
y = -4E-09x - 7,6285
R2 = 0,995
-10,2
-10,4
3,50E+ 4,00E+ 4,50E+ 5,00E+ 5,50E+ 6,00E+ 6,50E+ 7,00E+
08
08
08
08
08
08
08
08
E2(J2/mol2)
(-45+30)
Şekil 4.30 1.Kil (-45+30) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
-8,5
(-45+30)
LnX(mol/g)
-9
120
(-120+100)
(-100+70)
-9,5
(-70+45)
-10
-10,5
-11
3,00E+08
4,00E+08
5,00E+08
2
2
6,00E+08
7,00E+08
2
E (J /mol )
Şekil 4.31 1.Kil Beş Ayrı Boyutta Dubinin İzotermi
110
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
2.Kil Freundlich İzotermi
-9,4
LnX(mol/g)
-9,6
R2 = 0,9588
-9,8
-10
y = 0,4352x - 6,3596
-10,2
-10,4
-10,6
-10,8
-9,9
-9,4
-8,9
-8,4
-7,9
-7,4
LnC(d)(mol/l)
(+120)
Şekil 4.32 2.Kil (+120) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
-9,3
LnX(mol/g)
-9,5
-9,7
y = 0,3523x - 6,8475
R2 = 0,9145
-9,9
-10,1
-10,3
-10,5
-10,7
-10,6
-9,6
-8,6
-7,6
LnC(d)(mol/l)
(-120+100)
Şekil 4.33 2.Kil (+120-100) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
111
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-9
-9,2
LnX(mol/g)
-9,4
y = 0,4236x - 6,0366
R2 = 0,9716
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-10,6
-10,4
-9,9
-9,4
-8,9
-8,4
-7,9
-7,4
LnC(d)(mol/l)
(-100+70)
Şekil 4.34 2.Kil(-100+70) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
-8,8
-9
LnX(mol/g)
-9,2
-9,4
y = 0,4701x - 5,4308
R2 = 0,9991
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-11,4
-10,4
-9,4
-8,4
-7,4
LnC(d)(mol/l)
(-70+45)
Şekil 4.35 2.Kil (-70+45) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
112
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-8,5
-8,7
-8,9
LnX(mol/g)
-9,1
-9,3
y = 0,4938x - 4,8673
R2 = 0,9691
-9,5
-9,7
-9,9
-10,1
-10,3
-10,5
-11
-10
-9
-8
LnC(d)(mol/l)
(-45+30)
Şekil 4.36 2.Kil (-45+30) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
LnX(mol/g)
-8,9
-9,4
-9,9
(-45+30)
(+120)
(-120+100)
-10,4
(-100+70)
(-70+45)
-10,9
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
LnC(d)(mol/l)
Şekil 4.37 2.Kil İçin Beş Farklı Boyutta Freundlich İzotermi
113
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
7
y = 13564x + 1,7059
R2 = 0,9593
6
Cd/X(g/l)
5
4
3
2
1
4,00E-04
3,50E-04
3,00E-04
2,50E-04
2,00E-04
1,50E-04
1,00E-04
5,00E-05
0,00E+00
0
Cd(mo/l)
(+120)
Şekil 4.38 2.Kil (+120) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
6
5
y = 12040x + 1,1083
R2 = 0,9189
Cd/X(g/l)
4
3
2
1
0
0,00E+00 1,00E-04 2,00E-04 3,00E-04 4,00E-04
Cd(m ol/l)
(-120+100)
Şekil 4.39 2.Kil (-120+100) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
114
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
4,5
4
3,5
Cd/X(g/l)
3
2,5
y = 10412x + 0,941
R2 = 0,9717
2
1,5
1
0,5
0
0,00E+00
1,00E-04
2,00E-04
3,00E-04
4,00E-04
Cd(m ol/l)
(-100+70)
Şekil 4.40 2.Kil (-100+70) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
2,00E+00
1,80E+00
1,60E+00
Cd/X(g/l)
1,40E+00
1,20E+00
1,00E+00
y = 7268x + 0,4925
R2 = 0,9478
8,00E-01
6,00E-01
4,00E-01
2,00E-01
0,00E+00
0,00E+00 5,00E-05 1,00E-04 1,50E-04 2,00E-04
Cd(mol/l)
(-70+45)
Şekil 4.41 2.Kil (-70+45) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
115
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
2
1,8
1,6
Cd/X((g/l)
1,4
1,2
1
0,8
0,6
y = 7311,4x + 0,4537
R2 = 0,9896
0,4
0,2
0
0,00E+0 5,00E-05 1,00E-04 1,50E-04 2,00E-04
0
Cd(m ol/l)
(-45+30)
Şekil 4.42 2.Kil (-45+30) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
Tablo 4.6 2.Kile Ait Langmuir Değerleri
Boyut(mash)
+120
-100+70
-45+30
Xm(mg/kg)
9,83.103
11,99.103
16,53.103
116
b(l/mg)
0,0160
0,0204
0,033
R(%)
63,18
77,68
82,80
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
7
6
Cd/X(g/l)
5
4
3
(-45+30)
2
(-70+45)
(-100+70)
1
(-120+100)
(+120)
0
0,00E+00
1,00E-04
2,00E-04
3,00E-04
4,00E-04
Cd(mo/l)
Şekil 4.43 2.Kil Beş Farklı Boyut Bir Arada Langmuir İzotermi
-8,8
LnX(mol/g)
-9
-9,2
y = 5E-09x - 11,83
R2 = 0,805
-9,4
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
3,00E+0 3,50E+0 4,00E+0 4,50E+0 5,00E+0 5,50E+0 6,00E+0
8
8
8
8
8
8
8
2
2
2
E (J /mol )
120
Şekil 4.44 2.Kil (+120) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
117
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-9,2
-9,4
LnX(mol/g)
-9,6
-9,8
y = 4E-09x - 11,48
R2 = 0,8046
-10
-10,2
-10,4
0,00E+00 2,00E+08 4,00E+08 6,00E+08 8,00E+08
E2(J2/mol2)
(-120+100)
Şekil 4.45 2.Kil (-120+100) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
-9,2
LnX(mol/g)
-9,4
-9,6
-9,8
-10
y = 3E-09x - 11,468
R2 = 0,76
-10,2
-10,4
0,00E+00
2,00E+08
2
4,00E+08
2
2
E (J /mol )
6,00E+08
8,00E+08
(-100+70)
Şekil 4.46 2.Kil (-100+70) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
118
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-9,4
-9,5
-9,6
LnX(mol/g)
-9,7
-9,8
-9,9
-10
-10,1
y = 3E-09x - 11,388
R2 = 0,8255
-10,2
-10,3
-10,4
-10,5
0,00E+00 2,00E+08 4,00E+08 6,00E+08 8,00E+08
E2(J2/mol2)
(-70+45)
Şekil 4.47 2.Kil (-70+45) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
2.Kil Langm uir
E2(J2/m ol2)
0,00E+0 2,00E+0 4,00E+0 6,00E+0 8,00E+0
0
8
8
8
8
-9,6
-9,7
LnX(mol/g)
-9,8
-9,9
y = 3E-09x - 11,637
R2 = 0,8481
-10
-10,1
-10,2
-10,3
-10,4
-10,5
-10,6
(-45+30)
Şekil 4.48 2.Kil (-45+30) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
119
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-9
-9,2
-9,4
LnX(mol/g)
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-10,6
(-45+30)
-10,8
3,00E+08 4,00E+08 5,00E+08 6,00E+08 7,00E+08 8,00E+08
120
(-120+100)
E2(J2/mol2)
(-100+70)
(-70+45)
Şekil 4.49 2.Kil Beş Boyut Bir Arada Dubinin İzotermi
-9,4
y = 0,3179x - 7,3109
R2 = 0,9033
-9,6
LnX(mol/g)
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-10,6
-10
-9
-8
-7
LnC(d)(mol/l)
-120
Şekil 4.50 3.Kil (-120) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
120
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-9
-9,2
LnX(mol/g)
-9,4
y = 0,4046x - 6,2333
R2 = 0,9875
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-10,6
-11
-10
-9
-8
-7
LnC(d)(mol/l)
(-120+100)
Şekil 4.51 3.Kil (-120+100) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
-8,8
-9
y = 0,4756x - 5,3894
R2 = 0,9283
LnX(mol/g)
-9,2
-9,4
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-10,6
-10,1
-9,6
-9,1
-8,6
-8,1
-7,6
LnC(d)(mol/l)
(-100+70)
Şekil 4.52 3.Kil (-100+70) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
121
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-8,6
-8,8
LnX(mol/g)
-9
y = 0,4728x - 5,2383
R2 = 0,9595
-9,2
-9,4
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-11
-10,5
-10
-9,5
-9
-8,5
-8
LnC(d)(mol/l)
(-70+45)
Şekil 4.53 3.Kil (-70+45) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
-8,6
-8,8
y = 0,3983x - 5,5423
R2 = 0,9486
LnX(mol/g)
-9
-9,2
-9,4
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-12
-11
-10
-9
-8
LnC(d)(mol/l)
(-45+30)
Şekil 4.54 3.Kil (-45+30) Boyutuna Ait Freunlich İzoterm
122
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-8,6
-8,8
(-45+30)
LnX(mol/g)
-9
-120
(-120+100)
-9,2
(-100+70)
-9,4
(-70+45)
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-10,6
-12,5
-11,5
-10,5
-9,5
-8,5
-7,5
-6,5
LnC(d)(mol/l)
Şekil 4.55 3.Kil Beş Boyut Bir Arada Freundlich İzotermi
9
8
y = 16696x + 1,0107
R2 = 0,9891
7
C(d)/X(g/l)
6
5
4
3
2
1
0
0,00E+ 1,00E00
04
2,00E- 3,00E04
04
4,00E04
5,00E04
C(d)(mol/l)
-120
Şekil 56 3.Kil(-120) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
123
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
4,5
4
y = 11105x + 0,91
R2 = 0,9899
3,5
C(d)/X(g/l)
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0,00E+0 1,00E0
04
2,00E04
3,00E04
4,00E04
C(d)(mol/l)
(-120+100)
Şekil 57 3.Kil (-120+100) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
3,5
3
y = 9146,9x + 0,7415
R2 = 0,9625
C(d)/X(g/l)
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0,00E+0 5,00E0
05
1,00E04
1,50E04
2,00E04
2,50E04
3,00E04
C(d)(mol/l)
(-100+70)
Şekil 58 3.Kil (-100+70) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
124
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
2,5
y = 8258,5x + 0,5658
R2 = 0,994
C(d)/X(g/l)
2
1,5
1
0,5
0
0,00E+0 5,00E-05 1,00E-04 1,50E-04 2,00E-04 2,50E-04
0
C(d)(mol/l)
(-70+45)
Şekil 4.59 3.Kil (-70+45) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
1,6
1,4
y = 7919,9x + 0,2065
R2 = 0,9988
C(d)/X(g/l)
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0,00E+00 5,00E-05 1,00E-04 1,50E-04 2,00E-04
C(d)(m ol/l)
(-45+30)
Şekil 4.60 3.Kil (-45+30) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
125
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
9
8
7
C(d)/X(g/l)
6
5
4
(-45+30)
-120
3
(-120+100)
2
(-100+70)
1
(-70+45)
0
0,00E+00 1,00E-04 2,00E-04 3,00E-04 4,00E-04 5,00E-04
C(d)(mol/l)
Şekil 4.61 3.Kil Beş Boyut Bir Arada Langmuir İzotermi
Tablo 4.7 3. Kile Ait Langmuir İzoterm Değerleri
Boyut (mash)
+120
-100+70
-45+30
Xm(mg/kg)
8,39.103
13,41.103
17,56.103
126
b(l/g)
0,015
0,022
0,038
R(%)
65,88
79,57
92,64
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
-9,7
F. Aysun UĞUR
y = -3E-09x - 8,6971
R2 = 0,9172
-9,8
LnX(mol/g)
-9,9
-10
-10,1
-10,2
-10,3
-10,4
-10,5
-10,6
3,00E+0 3,50E+0 4,00E+0 4,50E+0 5,00E+0 5,50E+0 6,00E+0
8
8
8
8
8
8
8
E2(J2/mol2)
(+120)
Şekil 4.62 3.Kil (+120) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
-9,4
-9,5
y = -4E-09x - 8,0693
R2 = 0,9894
-9,6
LnX(mol/g)
-9,7
-9,8
-9,9
-10
-10,1
-10,2
-10,3
-10,4
0,00E+00 2,00E+08 4,00E+08 6,00E+08 8,00E+08
E2(J2/mol2)
(-120+100)
Şekil 4.63 3.Kil (-120+100) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
127
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-9,2
LnX(mol/g)
-9,4
-9,6
-9,8
-10
y = -4E-09x - 7,5747
2
R = 0,937
-10,2
-10,4
0,00E+00 2,00E+08 4,00E+08 6,00E+08 8,00E+08
2
2
2
E (J /mol )
(-100+70)
Şekil 4.64 3.Kil (-100+70) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
-9
-9,2
LnX(mol/g)
-9,4
-9,6
-9,8
y = -4E-09x - 7,4445
R2 = 0,97
-10
-10,2
-10,4
0,00E+00
2,00E+08
4,00E+08
2
2
2
E (J /mol )
6,00E+08
8,00E+08
(-70+45)
Şekil 4.65 3.Kil (-70+45) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
128
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-8,8
-9
LnX(mol/g)
-9,2
-9,4
-9,6
y = -3E-09x - 7,509
R2 = 0,9638
-9,8
-10
-10,2
-10,4
0,00E+00
2,00E+08
2
4,00E+08
2
6,00E+08
8,00E+08
2
E (J /mol )
(-45+30)
Şekil 4.66 3.Kil (-45+30) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
-9
-9,2
(-45+30)
-9,4
LnX(mol/g)
(+120)
-9,6
(-120+100)
(-100+70)
-9,8
(-70+45)
-10
-10,2
-10,4
-10,6
0,00E+00 2,00E+08 4,00E+08 6,00E+08 8,00E+08
E2(J2/mol2)
Şekil 4.67 3.Kil Beş Boyut Bir Arada Dubinin İzotermi
129
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-9,7
LnX(mol/g)
-9,8
y = 0,2007x - 8,3026
R2 = 0,9447
-9,9
-10
-10,1
-10,2
-10,3
-10,4
-11,2
-10,2
-9,2
-8,2
-7,2
LnC(d)(mol/l)
(+120)
Şekil 4.68 4.Kil (+120) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
-8,8
LnX(mol/g)
-9
-9,2
y = 0,3917x - 5,9453
2
R = 0,9511
-9,4
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-11,8
-10,8
-9,8
-8,8
-7,8
LnC(d)(mol/l)
(-100+70)
Şekil 4.69 4.Kil (-100+70) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
130
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-8,6
-8,8
LnX(mol/g)
-9
y = 0,4092x - 5,4837
2
R = 0,9825
-9,2
-9,4
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-12
-11
-10
-9
-8
LnC(d)(mol/l)
(-70+45)
Şekil 4.70 4.Kil (-70+45) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
-8,6
-8,8
y = 0,3959x - 5,3066
R2 = 0,9878
LnX(mol/g)
-9
-9,2
-9,4
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-12,6
-11,6
-10,6
-9,6
-8,6
LnC(d)(mol/l)
(-45+30)
Şekil 4.71 4.Kil (-45+30) Boyutuna Ait Freundlich İzotermi
131
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-8,6
(-45+30)
-8,8
(-100+70)
(-120+100)
LnX(mol/g)
-9
(+120)
(-70+45)
-9,2
-9,4
-9,6
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-10,6
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
LnC(d)(mol/l)
Şekil 4.72 4.Kil Beş Boyut Bir Arada Freundlich İzotermi
8
7
y = 17719x + 0,7525
R2 = 0,9879
C(d)/X(g/l)
6
5
4
3
2
1
0
0,00E+00 1,00E-04 2,00E-04 3,00E-04 4,00E-04
C(d)(mol/l)
(+120)
Şekil 4.73 4.Kil (+120) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
132
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
5
4,5
y = 12840x + 0,4529
R2 = 0,997
4
C(d)/X(g/l)
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0,00E+ 1,00E00
04
2,00E04
3,00E04
4,00E04
C(d)(mol/l)
(-120+100)
Şekil 4.74 4.Kil (-120+100) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
3
2,5
y = 9248,6x + 0,4095
R2 = 0,9967
C(d)/X(g/l)
2
1,5
1
0,5
0
0,00E+ 5,00E- 1,00E- 1,50E- 2,00E- 2,50E00
05
04
04
04
04
LnC(d)(mol/l)
(-100+70)
Şekil 4.75 4.Kil (-100+70) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
133
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
2,5
C(d)/X(g/l)
2
1,5
1
y = 8999,3x + 0,267
R2 = 0,9884
0,5
0
0,00E+00
1,00E-04
2,00E-04
3,00E-04
C(d)(m ol/l)
(-70+45)
Şekil 4.76 4.Kil (-70+45) Boyutuna Ait Langmuir İzotermi
Tablo 4.8 4.Kile Ait Langmuir İzotermi Değerleri
Boyut(Mash)
+120
-100+70
-45+30
Xm(mg/kg)
8,85.103
15,09.103
20.103
134
b(l/mg)
0,016
0,025
0,062
R(%)
78,67
86,99
96,72
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
8
7
6
C(d)/X(g/l)
5
4
(-45+30)
3
(-100+70)
(+120)
2
(-70+45)
(-120+100)
1
0
0,00E+00 1,00E-04 2,00E-04 3,00E-04 4,00E-04
C(d)(mol/l)
Şekil 4.77 4.Kil Beş Boyut Bir Arada Langmuir İzotermi
-9,7
-9,8
LnX(mol/g)
-9,9
-10
-10,1
-10,2
-10,3
-10,4
0,00E+00
y = -2E-09x - 9,2679
R2 = 0,8711
2,00E+08
4,00E+08
2
2
6,00E+08
8,00E+08
2
E (J /mol )
(+120)
Şekil 4.78 4.Kil (+120) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
135
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-9,4
-9,5
-9,6
LnX(mol/g)
-9,7
-9,8
y = -3E-09x - 8,5118
R2 = 0,9574
-9,9
-10
-10,1
-10,2
-10,3
0,00E+ 1,00E+ 2,00E+ 3,00E+ 4,00E+ 5,00E+ 6,00E+ 7,00E+
00
08
08
08
08
08
08
08
2
2
2
E (J /mol )
(-120+100)
Şekil 4.79 4.Kil (-120+100) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
-9
-9,2
LnX(mol/g)
-9,4
-9,6
-9,8
-10
-10,2
y = -3E-09x - 7,7912
R2 = 0,9627
-10,4
0,00E+0 2,00E+0 4,00E+0 6,00E+0 8,00E+0
0
8
8
8
8
E2(J2/mol2)
(-100+70)
Şekil 4. 80 4.Kil (-100+70) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
136
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-9
-9,2
LnX(mol/g)
-9,4
-9,6
-9,8
y = -3E-09x - 7,9401
R2 = 0,9601
-10
-10,2
-10,4
0,00E+00 2,00E+08 4,00E+08 6,00E+08 8,00E+08 1,00E+09
E2(J2/mol2)
(-70+45)
Şekil 4. 81 4.Kil (-70+45) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
-8,8
-9
LnX(mol/g)
-9,2
-9,4
-9,6
y = -3E-09x - 7,3976
R2 = 0,9903
-9,8
-10
-10,2
0,00E+00 2,00E+08 4,00E+08 6,00E+08 8,00E+08 1,00E+09
2
2
2
E (J /mol )
(-45+30)
Şekil 4.82 4.Kil (-45+30) Boyutuna Ait Dubinin İzotermi
137
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
-8,8
-9
-9,2
LnX(mol/g)
(-45+30)
-9,4
(+120)
(-120+100)
-9,6
(-100+70)
(-70+45)
-9,8
-10
-10,2
-10,4
0,00E+0 2,00E+0 4,00E+0 6,00E+0 8,00E+0 1,00E+0
0
8
8
8
8
9
E
Şekil 4.83 4.Kil Beş Boyut Bir Arada Dubinin İzotermi
138
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
Tablo 4.9 Killere Ait Freundlich İzotermlerinin Değerleri
Kil Numarası
I
II
III
IV
Boyut(mash) k(mol/g)
n(l/g)
R2
+120
4,82E-05
0,4403
0,9950
-120+100
6,00E-05
0,4429
0,9969
-100+70
1,01E-04
0,4786
0,9849
-70+45
1,05E-04
0,5516
0,9960
-45+30
1,18E-04
0,4480
0,9929
+120
6,90E-05
0,4352
0,9588
-120+100
7,30E-05
0,3523
0,9145
-100+70
1,05E-04
0,4236
0,9716
-70+45
1,33E-04
0,4701
0,9991
-45+30
1,47E-04
0,4938
0,9691
+120
7,19E-05
0,3179
0,9033
-120+100
1,16E-04
0,4046
0,9875
-100+70
1,23E-04
0,4756
0,9283
-70+45
1,20E-04
0,4728
0,9595
-45+30
1,63E-04
0,3983
0,9486
+120
5,82E-05
0,2007
0,9447
-120+100
8,96E-05
0,2831
0,9449
-100+70
1,23E-04
0,3917
0,9511
-70+45
1,56E-04
0,4092
0,9825
-45+30
1,63E-04
0,3959
0,9878
Deneysel sonuçlar Freundlich izoterminin doğrusal şekline uygulandı.
Ln X/m ile log Cd arasında çizilen grafiklerin eğiminden ve ordinatı kesme
değerinden n ve k sabitleri hesaplandı. Sezyum adsorpsiyonu için n<1 olarak
bulundu.
139
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
Tablo 4.10 Killere Ait Langmuir İzoterm Sabitleri
Kil Numarası
I
II
III
IV
Boyut(mash) k(g/mol)10-3
Xm(g/l)
R2
1/k(mol/g)
+120
17,520
2,76
0,9963
5,70.10-5
-120+100
14,151
2,00
0,9931
7,06.10-5
-100+70
9,935
1,30
0,9974
1,00.10-4
-70+45
8,291
1,08
0,9881
1,20.10-4
-45+30
8,682
0,50
0,9989
1,15.10-4
+120
13,564
1,67
0,9593
7,37.10-5
-120+100
12,040
1,10
0,9189
8,30.10-5
-100+70
10,412
0,94
0,9717
9,60.10-5
-70+45
7,268
0,49
0,9478
1,37.10-4
-45+30
7,311
0,45
0,9896
1,36.10-4
+120
16,696
1,01
0,9891
5,98.10-5
-120+100
11,105
0,91
0,9899
9,00.10-5
-100+70
9,146
0,74
0,9625
1,00.10-4
-70+45
8,258
0,56
0,9940
1,21.10-4
-45+30
7,919
0,20
0,9988
1,26.10-4
+120
17,719
0,75
0,9879
5,64.10-5
-120+100
12,840
0,45
0,9970
7,78.10-5
-100+70
9,248
0,40
0,9967
1,08.10-4
-70+45
8,999
0,26
0,9884
1,11.10-4
-45+30
6,956
0,13
0,9912
1,43.10-4
Adsorpsiyon sonuçları Langmuir adsorpsiyon izoterminin lineer şekline
uygulandığında Cd/X ile Cd arasında çizilen doğruların eğimlerinden ve ordinatı
kesme değerlerinden adsorpsiyon denge sabiti k, adsorpsiyon kapasitesi Xm ve
korelasyon katsayıları bulundu. Ayrıca 1/k değerinden maksimum adsorplanan
madde miktarı bulundu.
140
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
Tablo 4.11 Killere Ait Dubinin İzoterm Sabitleri
Kil Numarası
I
II
III
IV
Boyut(mash) K(J2/mol2)
Xm(g/l)
R2
E(J/mol)
+120
4E-09
1,99E-04
0,9974
6,32.10-5
-120+100
4E-09
2,52E-04
0,9982
6,32.10-5
-100+70
5E-09
4,14E-04
0,9906
7,07.10-5
-70+45
5E-09
6,40E-04
0,9970
7,07.10-5
-45+30
4E-09
4,86E-04
0,9950
6,32.10-5
+120
5E-09
7,28E-06
0,8050
7,07.10-5
-120+100
4E-09
1,03E-05
0,8046
6,32.10-5
-100+70
3E-09
1,04E-05
0,7600
5,47.10-5
-70+45
3E-09
1,13E-05
0,8255
5,47.10-5
-45+30
3E-09
8,83E-06
0,8481
5,47.10-5
+120
3E-09
1,67E-04
0,9638
5,47.10-5
-120+100
4E-09
3,13E-04
0,9700
6,32.10-5
-100+70
4E-09
5,13E-04
0,9370
6,32.10-5
-70+45
4E-09
5,84E-04
0,9894
6,32.10-5
-45+30
3E-09
5,48E-04
0,9172
5,47.10-5
+120
2E-09
9,44E-05
0,9879
4,47.10-5
-120+100
3E-09
2,01E-04
0,9970
5,47.10-5
-100+70
3E-09
4,13E-04
0,9967
5,47.10-5
-70+45
3E-09
3,56E-04
0,9884
5,47.10-5
-45+30
3E-09
6,12E-04
0,9912
5,47.10-5
Dubinin-Radushkevich(D-R) izoterminin doğrusal şekli LnX/m ile E2
arasında çizilen grafikler ile elde edildi. Bu grafiklerde doğruların eğiminden ve
kayma noktasından, adsorpsiyon kapasitesi Xm ve adsorpsiyon enerjisi sabiti K elde
edildi.
141
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
4.2 Kolon Deneylerine Ait Bulgular
4.2.1 Adsorpsiyon Çalışmaları
Kolon deneyleri sırasında iki ayrı tür kil örneği kullanıldı. II. Kil numunesi
olarak isimlendirilen kil örneği Ordu yöresine ait Klorit türü kildir. IV. Kil numunesi
olarak isimlendirilen kil örneği Denizli (Serinhisar) yöresine ait Sepiolit türü kildir.
Kolon çalışmalarına başlarken, çapı 4cm ve boyu 25cm olan cam kolonlar, ayaklı bir
tutucu yardımıyla dikey halde hazır hale getirildi. Daha sonra boyutlarına göre
ayrılmış olan II numaralı kilin en büyük boyutu olan +120 boyutundaki örnekten,
hassas terazi yardımıyla 5 g tartılarak alındı. Kolon içine yüzeyin her tarafına
homojen olacak şekilde bu kil huni yardımıyla yerleştirildi. Bu sırada kolonda
oluşturduğu yükseklik kaydedildi. Rutin olarak kalibrasyonu yapılan mikropipet
yardımıyla 20 ml’lik iki kez distile edilmiş su ile kil ıslanmaya bırakıldı. Bu sırada
kilin yüzeyinin bozulmaması amacıyla, su kolonun iç cidarlarından süzülecek şekilde
kil ıslatıldı. Zaman kaydedildi. Bu sırada kolonun musluğu açılarak kilden süzülen
suyun geçmesine izin verildi. 20ml hacminde su tamamen kili ıslatıp kil yüzeyinde
sıvı kalmayıncaya kadar beklenildi ve zaman kaydedildi.
Daha sonraki aşamalarda, hazırlanan radyoaktif solüsyon mikropipet yardımıyla
20’şer ml’lik hacimler halinde kolona aynı teknik ile verildi. Bu sırada kil yüzeyinin
bozulmamasına ve kil üzerindeki sıvı tabakasının tamamen bitmemesine dikkat
edildi. Her 20 ml’lik hacim verildikten sonra, musluk altındaki bir önceki beher
alındı. Her defasında pipet ucu değiştirilerek kontaminasyona izin verilmedi. Her
alınan beher hassas terazide ölçüldü. Bunların içindeki solüsyondan standart ölçüm
kaplarına her defasında 10 ml’lik numune alındı ve bunlara numara verildi. Bu
standart ölçüm kapları sayım geometrisi hep aynı olacak şekilde HpGe dedektöründe
sayıldı. Bu sayımlar, geçirilen solüsyon hacmi ve zaman tablolar halinde düzenlendi.
Başlangıçta tespit edilen standart sayım değerine yakın değerler elde edilmeye
başlandıktan sonra bir bir süre daha deneye devam edildi. Ölçüm değerlerinin artık
142
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
hiç değişmediği değerlerde deneye son verildi. Daha sonraki aşamalarda aynı kilin
diğer iki boyutu aynı metotla çalışıldı.
Kolon deneylerinin hesaplamaları Bölüm 3.5.6.4’de anlatıldığı üzere yapıldı.
C/C0 (Effulent konsantrasyon/Başlangıç konsantrasyonu) nun effulent hacme karşılık
gelen değerleri ile çizilen grafik, model grafik olarak tanımladığımız grafiğe karşılık
gelmektedir. Her iki kil örneğinin üç ayrı boyutu için kolonda adsorpsiyon çalışması
yapıldı. Bunlar için ayrı ayrı model grafik çizildi. Bu model grafikler üzerinde, her
kil numunesinin kolona ait Vb (Effulent hacimlerde aktivitenin ilk dedekte edilmeye
başlandığı hacim değeri), Vc (Effulent hacimlerdeki aktivite değerinin, başlangıç
aktivitesine eşit olduğu hacim değeri) değerleri tespit edilmiştir. Vb ve Vc
hacimlerinin olduğu noktalarda eğri altında kalan alan değerleri hesaplanarak, Xc (Vc
hacminin bulunduğu noktaya kadar, 1kg kil başına adsorbe edilen toplam sezyum
miktarı(mg)) ve Q (Vc hacmine kadar kolondan geçen toplam sezyum miktarı(mg))
değerleri bulundu. Ayrıca bu değerler kullanılarak R (kolon verimi veya
dekontaminasyon faktörü) değeri hesaplandı. Kolon deneylerine ait grafikler Şekil
4.84 ile Şekil 4.117 arasında verilmiştir. Bu grafiklere ait deneysel bulgular Tablo
4.8 ve Tablo 4.9’da verilmiştir.
y = -2E-18x6 + 7E-15x5 - 9E-12x4 + 2E-09x3 + 3E-06x2 - 0,0007x + 0,0278
R2 = 0,998
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-0,2 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Effulent Hacim(ml)
Şekil 4.84 II.Kile Ait (+120)Boyutunun Kolon Grafiği(Konsantrasyon 5,88.10-4M)
143
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Zaman(Dakika)
120
Şekil 4.85 II.Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman,C/Co)Grafiği(Konsan: 5,88.10-4)
y = -2E-18x6 + 7E-15x5 - 9E-12x4 + 2E-09x3 + 3E-06x2 0,0007x + 0,0278
1,2
1
R2 = 0,998
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-0,2 0
500
1000
1500
2000
Effulent Hacim(ml)
-100+70
Şekil 4.86 II.Kile Ait(-100+70)Boyutunun Kolon Grafiği(Konsan: 5,88.10-4M)
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
1000
2000
3000
4000
Zaman(Dakika)
5000
6000
7000
8000
-100+70
Şekil 4.87 II.Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman, C/Co)Grafiği(Kons, 5,88.10-4M)
144
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
y = -2E-18x6 + 7E-15x5 - 8E-12x4 + 1E-09x3 + 3E-06x2 - 0,0008x + 0,0295
R2 = 0,998
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-0,2
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Effulent Hacim(ml)
-45+30
Şekil 4. 88 II.Kile Ait(-45+30)Boyutunun Kolon Grafiği(Konsan: 5,88.10-04M)
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Zaman(Dakika)
8000
9000
-45+30
Şekil 4.89 II.Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman,C/Co)Grafiği(Kons, 5,88.10-4M)
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-0,2
0
200
400
600
Hacim(ml)
800
1000
1200
-45+30
-100+70
120
Şekil 4.90 II.Kile Ait Üç Farklı Boyutun Toplu Kolon Grafiği.(Kons,5,88.10-4M)
145
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
y = 4E-16x6 - 6E-13x5 + 3E-10x4 - 4E-08x3 + 2E-06x2 - 4E-05x - 0,001
R2 = 0,9988
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-0,2
0
100
200
300
400
500
600
700
Effulent Hacim(ml)
120
Şekil 4.91 II.Kile Ait (+120) Boyutunun Kolon Grafiği (Konsantrasyon 1,68.10-4M)
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
500
1000
1500
2000
2500
Zaman(Dakika)
120
Şekil 4.92 II.Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman,C/Co)Grafiği(Kons,1,68.10-4M)
y = -2E-18x6 + 5E-15x5 + 2E-12x4 - 1E-08x3 + 1E-05x2 - 0,0025x + 0,0922
R2 = 0,9944
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Effulent Hacim(ml)
-100+70
Şekil 4.93 II.Kile Ait(-100+70)Boyutunun Kolon Grafiği(Konsant: 1.68.10-4M)
146
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Zaman(Dakika)
5000
-100+70
Şekil 4.94 II.Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman,C/Co)Grafiği(Kons,1,68.10-4M)
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Hacim(ml)
-45+30
Şekil 4.95 II.Kile Ait(-45+30)Boyutunun Kolon Grafiği(Konsantrasyon 1,68.10-4M)
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Zaman(Dakika)
-45+30
Şekil 4.96 II.Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman,C/Co)Grafiği(Kons,1,68.10-4M)
147
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
-100+70
120
Hacim(ml)
-45+30
Şekil 4.97 II.Kile Ait Üç Boyutun Toplu Kolon Grafiği(Konsantrasyon 1,68.10-4M)
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
5,88E-04
Hacim(ml)
1,68E-04
Şekil 4.98 II.Kile Ait(+120)Boyutunun İki Farklı Konsantrasyonda Kolon Grafiği
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
200
400
600
800
Hacim(ml)
1000
1200
1400
1,68E-04
5,88E-04
Şekil 4.99 II.Kile Ait(-100+70)Boyutunun İki Farklı Konsantrasyonda Kolon Grafiği
148
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Hacim(ml)
5,88E-04
1,68E-04
Şekil 4.100 II.Kile Ait(-45+30)Boyutunun İki Farklı Konsantrasyonda Kolon Gra.
C/Co
y = 1539x6 - 2433,5x5 + 1397,6x4 - 367,64x3 + 49,828x2 - 1,7222x + 0,0033
R2 = 0,999
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Effulent Hacim(L)
120
Şekil 4.101 IV.Kile Ait(+120) Boyutunun Kolon Grafiği (Konsant, 5,88.10-4M)
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
500
1000
1500
Zaman(Dakika)
2000
2500
3000
120
Şekil 4.102 IV.Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman,C/Co)(Konsantrasyon, 5,88.10-4M)
149
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
y = 40,975x6 - 173,09x5 + 279,62x4 - 215,77x3 + 77,852x2 - 8,8837x + 0,2349
R2 = 0,9883
1,2
1
0,8
C/Co
0,6
0,4
0,2
0
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Effulent Hacim(L)
-100+70
Şekil 4.103 IV. Kile Ait(-100+70)Boyutunun Kolon Grafiği(Konsantras, 5,88.10-4M)
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Zaman(Dakika)
8000
-100+70
Şekil 4.104 IV.Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman,C/Co)(Konsantrasyon, 5,88.10-4)
1,2
1
y = 62,715x6 - 192,91x5 + 223,74x4 - 122,98x3 + 33,028x2 - 2,6277x + 0,052
R2 = 0,9983
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-0,2 0
0,2
0,4
0,6
Effulent Hacim(L)
0,8
1
1,2
-45+30
Şekil 4.105 IV.Kile Ait(-45+30)Boyutunun Kolon Grafiği(Konsan, 5,88.10-4M)
150
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Zam an(Dakika)
9000
-45+30
Şekil 4.106 IV.Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman,C/Co)(Konsantrasyon, 5,88.10-4)
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-0,2 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-100+70
-45+30
Effulent Hacim(L)
120
Şekil 4.107 IV. Kile Ait Üç Boyutun Kolon Grafiği (Konsantrasyon, 5,88.10-4M)
y = 50,054x6 - 106,5x5 + 78,641x4 - 27,18x3 + 6,8224x2 + 0,1687x - 0,0171
R2 = 0,9981
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
Effulent Hacim(L)
120
Şekil 4.108 IV.Kile Ait(+120) Boyutunun Kolon Grafiği (Konsant, 1,68.10-4M)
151
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Zaman(Dakika)
120
Şekil 4.109 IV.Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman,C/Co)(Konsantrasyon,1,68.10-4M)
y = -17,502x6 + 59,787x5 - 73,041x4 + 36,84x3 - 5,7862x2 + 0,5431x 0,0193
R2 = 0,9984
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-0,2 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Effulent Hacim(L)
-100+70
Şekil 4.110 IV.Kile Ait(-100+70)Boyutunun Kolon Grafiği(Konsantras, 1,68.10-4M)
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
200
400
600
800
1000
Zaman(Dakika)
1200
1400
1600
1800
-100+70
Şekil 4.111 IV.Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman.C/Co)(Konsantrasyon,1,68.10-4M)
152
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
C/Co
y = 10,815x 6 - 50,66x 5 + 88,77x 4 - 72,389x 3 + 27,997x 2 - 3,8816x +
0,1284
R2 = 0,9935
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
0,5
1
1,5
Effulent Hacim(L)
-45+30
Şekil 4.112 IV.Kile Ait(-45+30)Boyutunun Kolon Grafiği (Konsant, 1,68.10-4M)
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
500
1000
1500
2000
Zaman(Dakika)
2500
-45+30
Şekil 4.113 IV.Kile Ait Kolon Çalışması(Zaman,C/Co)(Konsantrasyon,1,68.10-4M)
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-0,2 0
0,2
0,4
0,6
0,8
Effulent Hacim(L)
1
1,2
1,4
1,6
120
-100+70
-45+30
Şekil 4.114 IV.Kile Ait Üç Boyutun Kolon Grafiği (Konsantrasyonu, 1,68.10-4M)
153
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Effulent Hacim(L)
0,9
5,88E-04
1,68E-04
Şekil 4.115 IV.Kilin (+120) Boyutuna Ait İki Farklı Konsantrasyonun Kolon Gra.
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
5,88E-04
Effulent Hacim(L)
1,68E-04
Şekil 4.116 IV.Kilin(-100+70)Boyutuna Ait İki Farklı Konsantrasyonun Kolon Gra)
1,2
1
C/Co
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-0,2 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Effulent Hacim(L)
1,2
1,4
1,6
1,68E-04
5,88E-04
Şekil 4.117 IV.Kilin (-45+30) Boyutuna Ait İki Farklı Konsantrasyonun Kolon Gra)
154
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
Tablo 4.12 II.Kile Ait Kolon Deneyleri Sonuçları
Boyut
+120
-100+70
-45+30
+120
-100+70
-45+30
Kons(g/l)
5,88E-04
5,88E-04
5,88E-04
1,68E-04
1,68E-04
1,68E-04
VB(ml)
40
60
100
80
160
220
VC(ml)
440
500
820
720
1120
1280
XC(mg)
3,63E+03
6,23E+03
13,6E+03
2,53E+03
4,71E+03
11,4E+03
Q(mg)
14,88E+03
20,51E+03
25,66E+03
9,836E+03
13,21E+03
18,60E+03
R
0,24
0,30
0,53
0,25
0,35
0,61
t(Zaman)
2745
7488
9042
2244
4176
8634
Q(mg)
27,97E+04
44,87E+04
34,49E+04
33,31E+04
86,24E+04
339,8E+04
R
0,21
0,33
0,46
0,38
0,44
0,57
t(Zaman)
1073
2009
2354
1000
1708
2345
Tablo 4.13 IV.Kile Ait Kolon Deneyi Sonuçları
Boyut
+120
-100+70
-45+30
+120
-100+70
-45+30
Kons(g/l)
5,88E-04
5,88E-04
5,88E-04
1,68E-04
1,68E-04
1,68E-04
VB(ml)
50
130
210
100
130
280
VC(ml)
430
1310
1360
480
1310
1540
XC(mg)
5,87E+05
1,48E+05
1,57E+05
1,29E+05
3,79E+05
19,3E+05
4.2.2 Kolon Adsorpsiyon Deneylerinin Yorumlanması
Kolon adsorpsiyon deneylerinde iki kil örneğinin üç farklı boyutu
çalışılmıştır. Bu boyutlar (+120, -100+70, -45+30) boyutlarıdır.
Esas olarak iki farklı CsCI konsantrasyonu kullanılmıştır. Yapılan tüm kolon
çalışmaları yaklaşık üç aylık bir zaman periyodunda çalışılmıştır. Öncelikle CsCI
konsantrasyonları düşük düzeyde tutulmuştur. Litaratür çalışmaları sırasında elde
edilen deneysel bilgiler, CsCI konsantrasyonunun yüksek tutulduğu ve farklı
konsantrasyonlarda çalışıldığında, konsantrasyon farklarının oldukça yüksek
seçildiği yolundadır. Konsantrasyon farklarının oldukça yüksek seçildiği deneysel
çalışmalarda, kullanılan kilin sezyum tutma oranı hissedilir derecede farklı olarak
gözlemlenmiştir. Düşük konsantrasyonlarda ve konsantrasyon değerlerinin birbirine
yakın alındığı deneylerde bu değişimin nasıl olduğunu incelemek bu tezin ana
temasını oluşturmaktadır. Bu nedenle düşük ve birbirine yakın değerlerde
konsantrasyonlar seçilmiştir.
155
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
Kullanılan kolonlar 25cm uzunluğunda ve 4cm çapındadır. Bu kolonlar daha
önceden temizlenip, hazırlanmıştır. Kolonların içine kil numunelerinden 5gr
konulmuştur. Kolonlara yerleştirilen killerin yükseklikleri ölçülmüş, hacim ve
kütleleri arasındaki ilişki incelenerek, yığın yoğunlukları kabaca tespit edilmiştir. Bu
incelemelerde killerin boyutları küçüldükçe yığın yoğunluklarının da düştüğü
gözlemlenmiştir.
Kolon deneyleri II ve IV numaralı kil örnekleri için gerçekleştirilmiştir. Kil
üzerine verilen her 20 ml’lik solüsyonun geçiş süresi tespit edilmiştir. Bu süreler her
kil örneği için değişik değerlere karşılık gelmektedir. Böylece radyoaktif sezyum
solüsyonunun kolondan geçiş hızı göreceli olarak tespit edilmiştir. Ayrıca, bu geçiş
sürelerinin, kil boyutu küçüldükçe uzadığı bulunmuştur. Bu beklenilen bir sonuçtur.
Kolon çalışmalarında model grafik olarak tanımlanan grafiklerin çizilmesi
esas alınmıştır. Bu grafikler üzerinde, radyoaktif solüsyonun kil üzerinden
geçirilirken, radyoaktiviteyi bıraktığı ilk hacim değeri (Vb), radyoaktiviteyi tamamen
bırakmaya başladığı ilk hacim değeri (Vc) ve bu hacim değerlerine karşılık gelen,
adsorplanan madde miktarı, Xb ve Xc değerleri hesaplanmıştır. Bu değerler Tablo 4.8
ve 4.9’da verilmiştir.
4.2.3 Desorpsiyon Deneyleri
Adsorpsiyon çalışmaları sonuçlandıktan sonra ek bir çalışma olarak
desorpsiyon çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmalarda amaç, kil örneklerinin
adsorpladıkları
radyoaktif sezyumu ne kadar zamanda ve hacimde geri
bırakacaklarını tespit etmektir.
Desorpsiyon çalışmalarında, ilk aşamada iki kez distile edilmiş su
kullanılması planlanmıştı. Ancak yapılan ön deneysel çalışmalar, bu yol izlendiğinde
çalışılan killerin, verilen radyoaktif sezyumu çok uzun periyotlarda bıraktığını
(desorpsiyon) göstermiştir. Üç farklı boyutta ve iki ayrı konsantrasyonda çalışıldığı
için, deneylerin sonuçlanmasının zaman açısında ayları bulabileceği göz önüne
alınarak, desorpsiyon çalışmalarında, iki kez distile edilmiş su %5’lik HCI ile birlikte
kullanılmıştır. Asit ilavesinin amacı, desorpsiyon olayında kilin aktiviteyi
156
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
bırakmasını çabuklaştırmaktır. Desorpsiyon çalışmaları ile elde edilen sonuçlar,
effulent hacim (ml) ile sayım (Bq)’in bir fonksiyonu olarak, ayrıca sayım (Bq) ile
Zaman (Dakika)’nın bir fonksiyonu olarak Şekil 4.118 ile Şekil 4.141’deki
grafiklerde gösterilmiştir. Ayrıca sonuçlar Tablo 4.10 ile Tablo 4.11’de verilmiştir.
Aktivite(Bq)
20000
10000
0
0
100
200
300
400
Effulent Hacim (m l)
120
Şekil 4.118 II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(5,88E-04)(+120)
Aktivite(Bq)
20000
15000
10000
5000
0
0
100
200
300
400
500
600
Effulent Hacim(ml)
-100+70
Şekil 4.119 II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(5,88E-04)(-100+70)
25000
Aktivite(Bq)
20000
15000
10000
5000
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Effulent Hacim(ml)
-45+30
Şekil 4.120 II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(5,88E-04)(-45+30)
157
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
16000
Aktivite(Bq)
12000
8000
4000
0
0
50
100
150
200
250
300
Effulent Hacim(ml)
120
Şekil 4.121 II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(1,68E-04)(+120)
16000
Aktivite(Bq)
12000
8000
4000
0
0
100
200
300
400
Effulent Hacim(ml)
500
-100+70
Şekil 4.122 II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(1,68E-04)(-100+70)
16000
14000
Aktivite(Bq)
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
200
400
600
800
1000
Effulent Hacim(ml)
-45+30
Şekil 4.123 II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(1,68E-04)(-45+30)
158
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
6000
Aktivite(Bq)
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
200
400
600
800
1000
Zaman(Dakika)
1200
120
Şekil 4.124 II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman,Sayım)(5,88E-04)
12000
Aktivite(Bq)
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
500
1000
1500
2000
Zaman(Dakika)
-100+70
Şekil 4.125 II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman,Sayım)(5,88E-04)
16000
Aktivite(Bq)
12000
8000
4000
0
0
500
1000
1500
2000
Zam an(Dakika)
2500
3000
-45+30
Şekil 4.126 II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman, Sayım)(5,88E-04)
159
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
5000
Aktivite(Bq)
4000
3000
2000
1000
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Zaman(Dakika)
120
Şekil 4.127 II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman,Sayım)(1,68E-04)
10000
Aktivite(Bq)
8000
6000
4000
2000
0
0
200
400
600
800
Zam an(Dakika)
-100+70
Şekil 4.128 II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman,Sayım)(1,68E-04)
20000
Aktivite(Bq)
15000
10000
5000
0
0
50
100
150
Zaman(Dakika)
200
250
300
-45+30
Şekil 4.129 II. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman,Sayım)(1,68E-04)
160
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
Aktivite(Bq)
20000
10000
0
0
100
200
300
400
Effulent Hacim(ml)
120
Şekil 4.130 IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(5,88E-04)(+120)
20000
Aktivite(Bq)
16000
12000
8000
4000
0
0
100
200
300
400
500
Effulent Hacim(ml)
600
-100+70
Şekil 4.131 IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(5,88E-04)(-100+70)
25000
Aktivite(Bq)
20000
15000
10000
5000
0
0
200
400
600
Effulent Hacim (m l)
800
1000
-45+30
Şekil 4.132 IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(5,88E-04)(-45+30)
161
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
16000
Aktivite(Bq)
12000
8000
4000
0
0
50
100
150
200
250
300
Effulent Hacim (m l)
120
Şekil 4.133 IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(1,68E-04)(+120)
14000
12000
Aktivite(Bq)
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
100
200
300
Effulent Hacim(ml)
400
500
-100+70
Şekil 4.134 IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(1,68E-04)(-100+70)
Aktivite(Bq)
16000
12000
8000
4000
0
0
200
400
600
800
1000
Effulent Hacim(ml)
-45+30
Şekil 4.135 IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(1,68E-04)(-45+30)
162
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
20000
Aktivite(Bq)
16000
12000
8000
4000
0
0
50
100
150
200
250
300
Zaman(Dakika)
350
120
Şekil 4.136 IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman, Aktivite)(5,88E-04)
20000
Aktivite(Bq)
15000
10000
5000
0
0
100
200
300
400
500
Zaman(Dakika)
600
700
-100+70
Şekil 4.137 IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman,Sayım)(5,88E-04)
25000
Aktivite(Bq)
20000
15000
10000
5000
0
0
500
1000
Zaman(Dakika)
1500
-45+30
Şekil 4.138 IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman,Sayım)(5.88E-04)
163
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
16000
Aktivite(Bq)
12000
8000
4000
0
0
100
200
300
400
500
Zaman(Dakika)
120
Şekil 4.139 IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman,Sayım)(1,68E-04)
16000
Aktivite(Bq)
12000
8000
4000
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Zaman(Dakika)
-100+70
Şekil 4.140 IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman,Sayım)(1,68E-04)
16000
Aktivite(Bq)
12000
8000
4000
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Zaman(Dakika)
-45+30
Şekil 4.141 IV. Kilin Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman,Sayım)(1,68-04)
164
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
F. Aysun UĞUR
Tablo 4.14 II. Kile Ait Hacim ve Zaman Desorpsiyon Çalışması
Boyut
+120
-100+70
-45+30
+120
-100+70
-45+30
Kons(g/l)
5,88E-04
5,88E-04
5,88E-04
1,68E-04
1,68E-04
1,68E-04
V(ml)
600
760
960
540
660
920
t(Dakika)
247
700
960
1107
1607
2438
Tablo 4.15 IV. Kile Ait Hacim ve Zaman Desorpsiyon Çalışması
Boyut
+120
-100+70
-45+30
+120
-100+70
-45+30
Kons(g/l)
5,88E-04
5,88E-04
5,88E-04
1,68E-04
1,68E-04
1,68E-04
V(ml)
340
520
900
280
460
820
165
t(Dakika)
306
520
1395
1000
1708
1912
5. TARTIŞMA VE SONUÇ
F. Aysun UĞUR
5. TARTIŞMA VE SONUÇ
Adsorpsiyon deneyleri, banyo deneyleri ve kolon deneyleri olarak iki farklı
yöntemle gerçekleştirilmiştir. Bu deneylere ait sonuçlar, önce banyo deneyleri için
daha sonra da kolon deneyleri için yorumlanmıştır. Son aşamada, tüm sonuçlar
karşılaştırılmış ve birlikte yorumlanmıştır.
Katı/sıvı oranını tayin etmek için sezyum çözeltileri ile dört farklı kil örneği
üzerinde yapılan adsorpsiyon deneylerinde, başlangıçta KD’nin V/m’ye bağlı olarak
hızla arttığı ve bu artışın V/m’nin maksimum olduğu (250ml/g) değerine kadar
devam ettiği, bu değerden sonra V/m’nin artmasına karşılık KD’nin değişmediği
görüldü. Bu sonuç hacmin kütleye oranı arttıkça kil örneklerinin sıvı içinde daha iyi
dağıldığı ve katının iç yüzeylerinde daha fazla adsorplandığı şeklinde açıklanabilir.
Bütün uygun yüzeyler sezyum ile kaplandıktan sonra V/m’nin daha fazla
arttırılmasının KD değerinde önemli bir değişiklik oluşturmayacağı(Assemi, Erten,
1994)gerçeği burada da geçerli olmuştur.
XRD yöntemi sonuçlarına göre; I. numaralı kil örneği İllit üzerinde sezyumun
davranışı; çok konumlu iyon değiştirme modeli(multi site ion exchange model ) ile
açıklanmaktadır(Brouwer;
1983).
Sezyum
yüklemesine
karşılık
çeşitli
sezyum/katyon çiftleri için toplam seçicilik eğrileri göstermiştir ki, adsorpsiyon
konumları heterojendir yani sorpsiyon enerjisi ve seçicilik katsayısı, konumun
tabiatına bağlıdır. İz sezyum konsantrasyonlarında yalnız enerjik olarak en gözde
konumlar işgal edilir. Gözde konumların oranı tüm kullanılır konumların yaklaşık %
0,1 ine karşılık gelir ve kilin CEC sine %5’den daha fazla katkıda bulunmaz. Sezyum
yüzey yüklemesi arttıkça, enerjetik olarak daha az gözde olan konumlar işgal
edilecektir. İllit için, değişim serbest enerjileri ile, seçicilik katsayısı ile ve kil
içindeki gerçek yerleşimi ile birbirinden ayırt edilebilen üç çeşit adsorpsiyon konumu
vardır. Bu konumlar a) Yüksek seçicilikte tabakalar arası kenar konumları b) Orta
seçicilikteki konumlar c) Düşük seçicilikteki konumlar. Bu konumlar en dış bazal
yüzeyler üzerinde yerleşmişlerdir. Yüksek enerjili konumlardaki değiştirme serbest
enerjisi özellikle önemlidir. İllit minerali geniş yüzey alanına rağmen, genişlemeyen
kafes grubundaki killerden olduğu için, diğer killere nazaran sezyum adsorpsiyonda
%Adsorpsiyon ve Kd değeri açısından düşük olarak gözlenmiştir.
166
5. TARTIŞMA VE SONUÇ
F. Aysun UĞUR
II numaralı kil Ordu yöresine ait Klorit tipi kildir. % 58’lik gözenekliliği ile
diğer killer arasında % Adsorpsiyon ve Kd değerlerinin büyüklüğü açısından ikinci
sıradadır. Klorite ait bilgiler III numaralı kil örneğinde açıklanmıştır.
Sanidinin yüzey alanı 56 m2/g’dır. Kloritin düşük yüzey alanı yanında
sezyum adsorpsiyonunu arttıran bir faktör olarak yorumlanabilir.
III numaralı kil örneği söğüt seramik kilidir. İçinde bulundurduğu Quartz
minerali yüzey alanı olarak çok düşük bir değere sahiptir. Quartz dağılım katsayısı
açısından düşük yüzey alanı nedeniyle zayıf mineraller içindedir. Sezyum tutmadaki
farklılık bir ölçüde, katyon değiş tokuş kapasitelerindeki(CEC) farklılıklara ,
yapılarına mineralin bileşimine ve yüzey alanı veya parçacık büyüklüğüne bağlıdır.
Quartz SiO2 bileşiğidir. Silikat yapısı üzerindeki negatif yükü dengelemek için kil
mineralleri üzerinde sezyum adsorplanır. Bu yük, çoğunlukla kil yüzeylerinde
adsorbe edilmiş olarak veya tabakalar arasında bulunan Na+, K+, Ca+2 veya Mg+2 gibi
karşı iyonlarla kompanse edilir. Bu karşı(zıt işaretli) iyonlar, sezyum ile değiş tokuş
edilirlier.
III numaralı kile klorit açısından bakıldığında Kloritin yüzey alanı 24m2/g dır.
Kloritin düşük yüzey yüklemelerinde adsorpsiyon davranışı lineer değildir ve bu
durum yüzey sitelerinin heterojenliğine atfedilir. Maksimum adsorpsiyon %2’lik bir
çökme, düşme görülmüştür. İç tabakalardaki çökme yüksek seçicilikte siteler
oluşturur. İç tabakalar bitişik komşu yüzeylerdedir ve muhtemelen sulu bölgeleri
temsil eder. Sezyum desorpsiyonu ve maksimum bölgede sezyumun yüzey
bağlaması da izotop değiş tokuşunu geciktirir. Düşük yüzey alanı nedeniyle Kloritin
dağılım katsayısı oldukça düşüktür (5 ml/g). İllit ile ilgili bilgiler I kil de verilmiştir.
III numaralı kil hem banyo yöntemi ile hem de kolon yöntemiyle çalışılmıştır.
IV numaralı örnek Denizli (Serinhisar) yöresine ait Sepiyolit türü kil
mineralidir. Sepiyolit karışık kil türüdür. Bu kile ait gözeneklilik bulguları %72 dir.
Yoğunluk ise 2,39 g/cm3 dür. Yüzey alanı 89 m2/g dır. Yüzey gözenekliliği
nedeniyle, çalışılan killer içinde en yüksek %Adsorpsiyon ve Kd değerini vermiştir.
Mineral olarak klorit grubu içinde bulunduğundan bu grubun tipik özelliklerini
sezyum adsorpsiyonunda gözlemek mümkündür. Ayrıca sepiyolit içinde bulunan
Paligorskit(atapulgit) karışık katlı kil grubuna girer. Zincir yapılıdır. Kimyasal olarak
167
5. TARTIŞMA VE SONUÇ
F. Aysun UĞUR
içinde bulunan Mg yanında az miktarda Fe+2, Fe+3 ve Ca bulundurur. Katyon
exchange açısından Ca bulunması bir avantaj sağlar.
Başlangıç konsantrasyonunun adsorpsiyon reaksiyonu üzerine etkisini
incelemek için 1,68.10-4M ile 5,88.10-4M arasında sezyum çözeltileri ile dört kil
örneği üzerinde yapılan adsorpsiyon sonuçları Tablo 4.1, Tablo 4.2, Tablo 4.3 ve
Tablo 4.4 de verilmiştir. Başlangıç konsantrasyonu arttıkça % adsorpsiyon ve KD
değerlerinin azaldığı, buna karşılık adsorplanan madde miktarının arttığı görüldü. Bu
durum enerjetik açıdan daha uygun olanların öncelikli olarak doldurulması veya
kaplanması şeklinde açıklanabilir.
Sezyum adsorpsiyonunda sezyum iyonlarının kildeki konsantrasyonları ile
dağılım katsayısı KD’nin logaritmik değerleri arasında dört kil örneğinin beş farklı
boyutu için Şekil 4.9, Şekil 4.10, Şekil 4.11, Şekil 4.12’den görüldüğü gibi altı farklı
konsantrasyon için yükleme(loading)eğrileri elde edildi. Bu eğriler kil üzerinde iki
farklı adsorpsiyon yerleşkesinin(sitesinin)bulunduğunu gösterir.
Banyo yöntemi ile çalışılan dört kil örneğine ait adsorpsiyon verileri,
Freundlich, Langmuir ve D-R izotermlerine uygulandı. Bu izotermlere ait bulunan
değerler Tablo 4.1, Tablo 4.2 ve Tablo 4.3’de verilmiştir.
Freundlich adsorpsiyon izotermi, adsorbanın doygunluk kapasitesinin hesaba
katılmadığı yüzeyi çok katmanlı doğal maddelere uygunluk gösterdiğinden dolayı
çok sık kullanılan bir izotermdir. Sezyumun dört farklı kil örneği üstünde
adsorpsiyon sonuçları Freundlich izoterminin doğrusal şekline uygulandığında elde
edilen doğruların eğiminden n’in değeri 1’den küçük fakat 1’e yakın bulundu. n’in
1’e yakın olması yüzeyin homojen olduğunu gösterir.
Şekil 4.19, I.Kile ait beş farklı boyutta Freundlich izotermini göstermektedir.
Tüm boyutlarda n<1 olarak bulunmuştur. n<1 olması adsorpsiyonun tercih edilir
olduğunu ifade eder (Reed, Cline, 1994).
Yüzeydeki metal konsantrasyonu arttıkça, ilgisi yüksek yerleşkeler önce
dolar, bunu zayıf ilgili yerleşkeler takip eder. Böylece ortalama bağlanma şiddeti
azalır. n bağlanma kuvvetlerinin dağılımı ile ilgili bir sabittir. k adsorplayıcı bağ
kuvvetleri ile ilgili bir sabittir. Kil boyutu küçüldükçe k değerinin arttığı
gözlemlenmiştir.
168
5. TARTIŞMA VE SONUÇ
Şekil
4.37,
II.kile
F. Aysun UĞUR
ait
beş
ayrı
boyutta,
Freundlich
izotermlerini
2
göstermektedir. (+120) ve (-120+100) boyutlarında R ’nin değerlerinin, 0,96’dan
küçük olduğu ve n değerinin bu izotermlerde kil boyutu ile lineer olarak artmadığı
gözlenmiştir. Bu durum, sözü edilen boyutlarda bağ kuvvetlerinin dağılımının bazı
dengesizlikler gösterdiğini açıkca ortaya koymaktadır.
Şekil 4.55, III. kile ait Freundlich izotermidir. Bu kil örneğinde k değerinin
(-70+45) boyutunda lineer davranışı bozduğu gözlenmiştir. Bunun nedeni, öğütme ve
ayırma işlemlerinden kaynaklanan hatalar olarak değerlendirilebilir.
Şekil 4.72, IV. kile ait Freundlich izotermidir. Bu kil örneğinde (+120)
(-120+100)
ve
(-100+70)
boyutlarında
izotermden
çok
küçük
kaymalar
gözlenmektedir. Bu sonuç, adsorpsiyon yerleşkelerinin daha düşük boyuttaki kil
örnekleri kadar homojen olmadığını göstermektedir. Ancak R2 bu örneklerde de
yeterince küçüktür.
Adsorpsiyon sonuçları, Langmuir adsorpsiyon izoterminin doğrusal şekline
uygulanmıştır. Langmuir teorisinin temel varsayımı; adsorpsiyonun, adsorbatın
adsorban üzerinde spesifik bölgelerde oluştuğudur. Bir adsorbat molekülü bir bölgeyi
işgal ettiğinde doygunluk değerine ulaşıldığı ve başka ilave adsorpsiyonun yer
alamayacağı düşünülür ve adsorplanan tabakanın tek molekül kalınlığında olduğu
varsayılır. Moleküller içi çekim kuvvetlerinin uzaklık ile hızla azaldığı düşünülür.
Şekil 4.25, I. kile ait 5 boyutta değişen Langmuir izotermini göstermektedir.
Adsorpsiyon mekanizması, adsorbatın fizikokimyasal özellikleri ve denge zamanına
bağlı olarak doğrusal ve doğrusal olmayan izotermler ile açıklanabilir.
(Dachs, Bayona; 1997, Dachs, Eisenreich, Langmuir; 1999). Örneğin düşük kimyasal
ilgide adsorbat molekülleri, iç tabakalarda sınırlı bir limit adsorpsiyon reaksiyonu
gösterir. Bu durum doğrusal izotermler verir. I.kile ait Langmuir adsorpsiyon
izotermi doğrusaldır. Bu nedenle I.kil için iç tabakalarda sınırlı bir adsorpsiyon
reaksiyonu oluşmuştur.
Şekil 4.43 II.kile ait Langmuir adsorpsiyon izotermini göstermektedir. Burada
kilin (-45+30) boyutu ile (-70+45) boyutu doğrusal izoterm vermektedir. Tanecik
boyutu küçük olan örnekler için bu izotermlerin doğrusal çıkması, bu boyutlarda
sınırlı bir adsorpsiyon reaksiyonu olduğunu göstermektedir. +120, (-120+100) ve (-
169
5. TARTIŞMA VE SONUÇ
F. Aysun UĞUR
100+70) boyutlarında ise izoterm doğrusal bir eğri göstermekte yani doğrusallıktan
sapmaktadır. Bu nedenle izoterm iki bölgeye ayrılabilir. Langmuir izoterminin q
m
sabiti, katının yüzeyi tek tabaka ile kaplandığında adsorplanan madde miktarının bir
ölçüsüdür. Bütün elverişli tek tabaka yerleşkeler kaplandığında, katının iç
yüzeylerinde yeni yerleşkeler oluşur(Giles, Smith, Huitson; 1974, Giles, D’silva,
Easton; 1974). Yeni ilave yüzeyler adsorbat moleküllerinin makropor ve mikropor
yapıya baskı yapması sonucunda oluşur. Bu işlem, adsorpsiyon kapasitesinin
artmasına ve 1/qm’in azalmasına neden olur. Gerçekte bu olay adsorban üzerinde geri
dönüşümü olmayan bir bozulma olmadan yürüyemez. Tersine sınırlı difüzyon,
doğrusal olmayan adsorpsiyonlara yol açar. Önce bir molekül, adsorbanın dış
tabakalarında adsorplanır ki, bu başlangıçtaki hızlı reaksiyonu oluşturur sonra da
molekül adsorbatın içine yavaşca difüzlenir ve iç tabakalarda adsorplanır. Bu durum
adsorpsiyona, uzun denge süresinde daha büyük katkı sağlar.
III.kile ait Langmuir izotermlerinde ise; en büyük boyut olan +120 de
doğrusal izoterm gözlenmiş ancak diğer boyutlarda doğrusallıktan kayan izotermler
gözlenmiştir. En büyük boyutlu kil örneğinde, düşük kimyasal ilgi gözlenmiştir.
Diğer boyutlarda ise tersine sınırlı difüzyon gözlenmiştir.
IV. kile ait Langmuir izoterminde ise kısmen doğrusal adsorpsiyon izotermi
gözlenmiştir.
Adsorpsiyon
sonuçları
D-R
adsorpsiyon
izoterminin
lineer
şekline
uygulanmıştır. D-R adsorpsiyon izotermleri, adsorpsiyon enerjisini hesaplamak için
kullanılır. Bu izotermlerin eğiminden adsorpsiyon enerjisi bulunur. Adsorpsiyon
enerjisi, 1 mol iyonun, çözeltiden adsorbat tarafından adsorplanması sırasında açığa
çıkan enerji olarak tanımlanır. Bulunan bu enerji değerleri, adsorpsiyon mekanizması
hakkında bilgi verir.
D-R adsorpsiyon izotermi,
I.kil için Xm değerleri beş boyut için sırayla,
1,99.10-4 mol/g , 2,52.10-4 mol/g , 4,14.10-4 mol/g, 6,40.10-4 mol/g , 4,86.10-4 mol/g
olarak bulunmuştur. Boyut küçüldükçe Xm değerleri lineer olarak artmıştır.
D-R izoterminden hesaplanan adsorpsiyon sabiti K’dan yararlanılarak
adsorpsiyon enerjisi hesaplanmıştır. Hesaplanan adsorpsiyon enerji değerleri I. kilde
6,32.10-5 J/mol ile
7,07.10-5 J/mol
arasında değişmektedir.
170
5. TARTIŞMA VE SONUÇ
F. Aysun UĞUR
II. kil için Xm değerleri boyutlara göre, 7,28.10-6 mol/g , 1,03.10-5 mol/g ,
1,04.10-5 mol/g , 1,13.10-5 mol/g , 8.83.10-5 mol/g olarak bulunmuştur. Enerji
değerleri ise
5,47.10-5 J/mol
7,07.10-5 J/mol, 6,32.10-5 J/mol, 5,47.10-5 J/mol, 5,47.10-5 J/mol,
olarak bulunmuştur.
III.kil için Xm değerleri boyutlara göre, 1,67.10-4 mol/g, 3,13.10-4 mol/g ,
5,13.10-4 mol/g , 5,84.10-4 mol/g , 5.48.10-4 mol/g olarak bulunmuştur. Enerji
değerleri ise 5,47.10-5 J/mol ile 6.32.10-5 J/mol arasında bulunmuştur.
IV. kil için Xm değerleri, boyutlara göre, 9,44.10-5 mol/g, 2,01.10-4 mol/g,
4,13.10-4 mol/g, 3,56.10-4mol/g, 6,12.10-4 mol/g olarak bulunmuştur. Enerji değerleri
ise 5,47.10-5 J/mol ile 4.47.10-5 J/mol arasında değişmektedir.
D-R izoterm çalışmalarında, kil boyutuna bağlı adsorblanan madde
miktarı(Xm) ve enerji değişimi, konsantrasyon değerlerinin çok düşük olması ve
birbirine çok yakın değerlerle çalışılmasına rağmen, yeterli hassasiyette elde
edilmiştir.
Kolon çalışmalarında, banyo çalışmalarında kullanılmış olan en düşük ve en
yüksek CsCI konsantrasyonu kullanılmıştır. Bu deneylerde 4cm çapında, 25cm
uzunluğunda cam kolonlar kullanılmıştır. Kolon deneylerinde kullanılan adsorbat
miktarı(kil) 5gr olarak alınmıştır. Bu deneyler sırasında effulent hacim ile C/C0 ve
zaman ile C/C0 arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Kolondan solüsyonun akış hızı her
örnek için ayrı ayrı gözlenmiştir. Akış hızları kilden kile değişmekle birlikte, kil
boyutu küçüldükçe akış hızının küçüldüğü dolayısıyla başlangıç aktivitesine
ulaşıncaya kadar, daha çok zaman ve solüsyon gerektirdiği bulunmuştur.
CsCI konsantrasyonunun büyük olduğu değerlerde, kolonda adsorplanan
madde miktarı Xc’nin, düşük konsantrasyonlarda adsorplanan madde miktarından
daha düşük olduğu gözlenmiştir.
Konsantrasyonun yüksek olduğu değerlerde, başlangıç aktivitesine ulaşmak
için kullanılan solüsyon hacminin, düşük konsantrasyonlardaki hacimden daha küçük
olduğu bulunmuştur. Mevcut bilgilerin çoğu, adsorpsiyon yüzdesinin sezyum
konsantrasyonu arttıkça azaldığını gösterir. Adsorplanan sezyum yüzdesi, çözeltideki
Cs+ iyonu konsantrasyonuna bağlıdır. Yüksek konsantrasyonlarda (>0,1M Cs)
düzgün
süzülme
ile
tutulma,
partikül
171
kontrol
mekanizması;
düşük
5. TARTIŞMA VE SONUÇ
F. Aysun UĞUR
konsantrasyonlarda film mekanizması ile yürür (Sinha ve ark, 1994). Düşük sezyum
konsantrasyonlarında (<10-8M, gerçek limitler mineralden minerale değişir) dağılım
katsayısı
sezyum
konsantrasyonlarında
konsantrasyonundan
adsorpsiyon
bağımsızdır.
lineer
değildir
Yüksek
yani
tutulma
sezyum
sezyum
konsantrasyonu ile orantılı değildir(Cornell, 1993).
Tablo 4.5 ve Tablo 4.6 kolon çalışmaları sırasında elde edilen sonuçları
göstermektedir. Bu sonuçların gafiksel yorumları aşağıda yapılmıştır.
9,00E+05
8,00E+05
7,00E+05
Xc(mg)
6,00E+05
5,00E+05
4,00E+05
3,00E+05
2,00E+05
1,00E+05
0,00E+00
0
1
2
3
4
5,88E-04
Boyut
1,68E-04
Şekil 5.1 II.Kilin Kolon Çalışması (Boyut, XC arasındaki ilişki)
Şekil 5.1, II. kilin boyutu ve XC arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Grafikte
de görüldüğü gibi kil boyutu küçüldükçe XC artmaktadır. XC deney bitiminden sonra
kolon tarafından alıkonulmuş olan toplam sezyum miktarını gösterir. Ayrıca yüksek
konsantrasyonda XC değerinin yükseldiği açıkca gözlenmektedir.
2,50E+07
Xc(mg)
2,00E+07
1,50E+07
1,00E+07
5,00E+06
0,00E+00
0
1
2
Boyut
3
4
5,88E-04
1,68E-04
Şekil 5.2 IV Kile Ait Kolon Çalışması (Boyut, XC grafiği)
172
5. TARTIŞMA VE SONUÇ
F. Aysun UĞUR
Şekil 5.2, IV. Kile ait boyut ve XC arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Grafikte de
görüldüğü gibi kil boyutu küçüldükçe XC artmaktadır. XC, deney bitiminden sonra
kolon tarafından alıkonulmuş olan toplam sezyum miktarını göstermektedir. Ayrıca
yüksek konsantrasyonda XC değerinin yükseldiği açıkca gözlenmektedir.
9,00E+05
8,00E+05
7,00E+05
Xc(mg)
6,00E+05
5,00E+05
4,00E+05
3,00E+05
2,00E+05
1,00E+05
0,00E+00
-1,00E+05 0
500
1000
1500
5,88E-04
Vc(ml)
1,68E-04
Şekil 5.3 II. Kile Ait Kolon Çalışması(Vc, Xc değişimi)
Şekil 5.3, II.kile ait hacim ve bu hacim değerinde adsorplanan madde miktarı
arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Düşük konsantrasyonda adsorplanan madde
miktarı, yüksek konsantrasyondaki adsorplanan madde miktarından çok düşüktür.
Her iki konsantrasyonda da hacim ile adsorplanan madde miktarı lineer olarak
değişmiştir.
2,50E+07
Xc(mg)
2,00E+07
1,50E+07
1,00E+07
5,00E+06
0,00E+00
0
500
1000
Vc(ml)
1500
2000
5,88E-04
1,68E-04
Şekil 5.4 IV.Kile Ait Kolon Çalışması(Vc, Xc Değişimi)
173
5. TARTIŞMA VE SONUÇ
F. Aysun UĞUR
Şekil 5.4, IV. Kile ait hacim ve bu hacimlere bağlı adsorplanan maksimum
madde miktarı değişimini göstermektedir. Düşük konsantrasyonlarda, adsorplanan
madde miktarı ile hacim değerinin lineer olarak değiştiği gözlenmiştir. Yüksek
konsantrasyonda da bu değişimin lineer olmadığı bulunmuştur. Ancak yüksek
konsantrasyonda, adsorplanan madde miktarının daha yüksek olduğu gözlenmiştir.
Desorpsiyon deneylerinde, % 5’lik HCI kullanılmıştır. Bunlara ait deneysel
veriler aşağıda sunulmuştur.
1200
1000
V(ml)
800
600
400
200
0
0
1
2
3
4
5,88E-04
Boyut
1,68E-04
Şekil 5.5 II. Kile Ait Kolon Desorpsiyon Çalışması(Boyut, V(ml))
Şekil 5.5, II.kilde desorpsiyon aşamasında, kil boyutu ile hacim
arasındaki
değişimi
vermektedir.
Yüksek
konsantrasyonda
kili
aktiviteden
temizlemek için daha fazla hacimde asitli su kullanıldığı bulunmuştur.
1000
V(ml)
800
600
400
200
0
0
1
2
Boyut
3
4
5,88E-04
1,68E-04
Şekil 5.6 IV. Kile Ait Kolon Desorpsiyon Çalışması(Boyut, V(ml))
174
5. TARTIŞMA VE SONUÇ
F. Aysun UĞUR
Şekil 5.6, IV. kilde desorpsiyon aşamasında, kil boyutu ile hacim
arasındaki
değişimi
vermektedir.
Yüksek
konsantrasyonda
kili
aktiviteden
temizlemek için daha fazla hacimde asitli su kullanıldığı bulunmuştur.
1200
1000
V(ml)
800
600
400
200
0
0
1000
2000
Zaman(Dakika)
3000
5,88E-04
1,68E-04
Şekil 5.7 II.Kile Ait Kolon Desorpsiyon Çalışması(Zaman,Hacim)
Şekil 5.7, II kile ait desorpsiyon çalışmasını zaman ve hacim bazında
göstermektedir. Düşük konsantrasyondaki Cs’u kil üzerinden uzaklaştırmak için daha
uzun bir zaman gerektiği görülmektedir. Bu durum düşük konsantrasyonlarda
çalışıldığında, sezyumun kil içinde daha kesin yerleşkelerde difüzlendiğini, yüksek
konsantrasyonda ise, konsantrasyonun bu yerleşkeleri işgal etmesinin ardından, daha
kolay uzaklaştırılabileceği yerleşkelerde tutunduğunu göstermektedir. Hacim
değerlerinde ise, küçük de olsa konsantrasyon farkından doğan bir değişiklik
gözlenmektedir.
175
5. TARTIŞMA VE SONUÇ
F. Aysun UĞUR
1000
V(ml)
750
500
250
0
0
500
1000
1500
Zaman(Dakika)
2000
2500
1,68E-04
5,88E-04
Şekil 5.8 IV. Kile Ait Kolon Desorpsiyon Çalışması
Şekil 5.8, IV. kile ait desorpsiyon çalışmasını, zaman ve hacim bazında
göstermektedir. Düşük konsantrasyondaki Cs’u kil üzerinden uzaklaştırmak için
etmek için daha uzun bir zaman gerektiği görülmektedir. Bu durum, düşük
konsantrasyonlarda çalışıldığında sezyumun kil içinde daha kesin yerleşkelerde
difüzlendiğini, yüksek konsantrasyonda ise, bu yerleşkelerin işgal edilmesinin
ardından, daha kolay uzaklaştırılabileceği yerleşkelerde tutunduğunu göstermektedir.
Hacim değerlerinde yine, küçük de olsa, konsantrasyon farkından doğan bir
değişiklik gözlenmektedir.
Yapılan tüm kolon çalışmalarında, kil boyutu küçüldükçe yüzey alanının
büyümesinden dolayı, başlangıç aktivitesine ulaşmak için daha fazla solüsyon
kullanılması gerekmiştir.
Kolon çalışmaları ve banyo çalışmaları verileri kıyaslandığında aşağıdaki sonuçlara
ulaşılmıştır.
Kolon çalışmaları sonucunda bulunan adsorplanan madde miktarı ve kolon
verimi sonuçları, banyo deneyleri sonuçları ile kıyaslığında, banyo deneylerine ait
bulguların sezyum adsorpsiyonu üzerinde daha etkili olduğu görülmüştür. Kolon
deneylerinde 5gr kil kullanılırken, banyo deneylerinde 1gr kil kullanılmıştır. II.
kile ait kolon deneyleri sonucunda hesaplanan dekontaminasyon faktörleri ile, banyo
deneyleri sonucunda bulunan, % adsorpsiyon değerleri karşılaştırıldığında, banyo
deneylerine ait % adsorpsiyon sonuçlarının daha büyük olduğu görülmüştür.
176
5. TARTIŞMA VE SONUÇ
F. Aysun UĞUR
Bu deneysel çalışmalar sonucunda Denizli yöresinden elde edilen kile ait
Sepiyolit mineralinin, gerek kolon yönteminde gerekse banyo yönteminde
maksimum adsorpsiyon değerini sağladığı bulunmuştur.
Bu çalışma ile Türkiye’nin değişik yörelerinde bulunan kil yataklarının,
radyoaktif atıkları temizleme konusunda kullanılabilirliği saptanmıştır. Daha sonraki
çalışmalarda, Türkiye’deki değişik kil yataklarından sağlanan örnekler üzerinde
araştırmalara devam edilecektir.
177
KAYNAKLAR
AHMAD S., QURESHI I.H., 1989, Separation of Radionuclide from Liquid
Waste
Using a Minral Mixture. Sep. Siien and Tech. 24 (7&8), 569-579.
AKSOYOĞLU S., (1990), Cesium Sorption on Mylonite, J. Of Radional And Nucl.
Chem., Articles, Vol. 140, no.2, 301-313.
AKSOYOĞLU S., (1990), Cesium Sorption on Mylonite, Journal of Radioanal. And
Nucl. Chem., Articles, Vol. 140, no.2, 301-313.
AKYÜZ T., AKYÜZ S. And BASSARI A., 2000, The Sorption of Cesium and
Strontium Ions onto Red Clay from Sivrihisar- Eskişehir (TURKEY), Journal
of Inclusion Phenomena and Macrocyelic Chemistry, 38: pp. 337-344.
AL- SUHYBANI A. A (1992) Removal of Cs-137 By Some Suudi Natural Clay
Asian Journal of Chemistry 4, 77-92.
APAK R., ATUN G., GÜÇLÜ K., TÜTEM E. And KESKİN G., 1995, Sorptive
Removal of Cesium-137 and Strontium-90 from water by Unconventional
Sorbents. I. Usage of Bauxite Wastes (red Muds), Journal of Nuclear Science
and Technology, 32 (10), pp. 1008-1017.
ATUN G., KAPLAN Z.(1996). Influences of Salt Concentration, Loading and
pH on Strontium Adsorption.. J.RadioAnal. Nucl.Chem. 211(2),425-434
BALWANT, SINGH and GILKES R. J, (1990), Sorption Desorption Behavior of
Cesium Some Western Australiasn Soils. Aust. J. Soil Res., 28, 929-46.
BENES P., RAMOS P. L., POLİAK R., (1989) Factors of Effecting Interaction of
Radiocesium with Fresh Water Soils I. pH, Composition of Water and the
Soils. J. Radioanal. Nucl Chem. 133 (2), 359-376.
BUNZL K., SCHULZ W. (1985) Distribution Coeffcient of Cs-137 and Sr-85 by
Mixtures of Clay and Humic Material. J. Radional. Nucl. Chem. 211/2, 435442.
CHANG Kwo-Ping, HSU chun-Nan, 1993, Journal of Nuclear Science and
Technology, 30 (12), pp. 1243-1247.
CHOPPIN G. R., RYDBERG J., 1980, Nuclear Chemistry Theory and Application. 1
st Edition, Pergamon Press, Oxford.
178
CREMERS A., ELSEN A., PRETER P. D., MAES A., (1988), Quantitative Analysis
of Radiocesium Retention in Soils. Nature (Macmillan Mag. Ltd) 335, (6187)
247-249.
DUBININ M.M, and RADUSHKEVİCH, L. V., 1947, Proc. Acad. Sci. USSR, 55,
331.
DYER A., JAMES N. U., TERRİL N.J., 1999, Uptake of Cesium and Strontium
Radioisotopes onto Pillard Clays, Journal of Radioanalytical and Nuclear
Chemistr, Vol. 240, No.2, 589-592.
E. GONZALES-PRADAS, M. VILLAFRANCA-SANCHEZ, A. GALLEGOCAMPO, D. URENA-AMATE&M. SOCİAS-VICIANA., 1996, J. Chem.
Tech. Biotechnol, Vol 69, 173-178.
ERTEN H. N., GÖKTÜRK H, HATİPOĞLU S., EYLEM C. (1989), Radyoaktif Cs+,
Sr++ ve Ba++ İyonlarının Kil Mineralleri ve Toprak Fraksiyonları tarafından
Adsorplanması. Radyoak. Atık. Çevre ve Sağlık Semp. Bildirileri (Boğaziçi
Ün. Yay.) 451- 464.
FAHAD A.A., Alı A. W., SHIHAB R.M., (1989) Mobilization and Fractional of Cs137 in Calcareus Soils. J. RadioAnal. Nucl. Chem. 130 (1), 195-201.
FRIENDLANDER G., KENNEDY J. W., MACIES E. S., MILLER J. M., 1981,
Nuclear and Radiochemistry, 3 rd Edition ISBN-0-471-9. John Wiley& Sons
INC. USA.
HAKKİNE U. L., LAKENEN E., 1973, The Adsorpsiyon and Extraction of Sr-90
and Cs-137 in Finnish Soils. OPEC sym. IAEA-SM-175 (37), 249-258.
HSU CHUN- NAN, LIU DAI- CHIN and CHUANG CHI- LUNG, 1994,
Equilibrium and Kinetic sorption Behaviors of Cesium and Strontium in
Soils, Applied Radiotion and Isotopes Vol. 45, No. 10, 981-985.
KEÇELİ G., 2004, Sezyum ve Stronsiyum İyonlarının Toprak Fraksiyonları Üzerine
Adsorpsiyon Kinetiği ve Termodinamiği. Doktora Tezi, İstanbul Üniv.
KHAN A. S., REMAN R., KHAN A.M., 1995, Adsorption of Cs (I), Sr (II) and Co
(II) on Al2O3. Vol. 190, No. 1, 81-96.
KIPLING J., J., 1965, Adsorption from solutions on Non- Electrolytes, Academic
Press London and New York, The Whitefriars Press Ltd. London.
179
MASEL R.L., 1996, Principles of Adsorption and Reaction on Solid Surfaces, Wiley
Series in Chemical Engineering, John Wiley& Sons Inc., 108-110, 235-252,
ISBN 0-471-51185-4.
Mc Kay G., EL- GEUNDI M., NASSAR M.M., 1997, Equilibrium Studies for the
Adsorption of Dyes on Bagasse Pith, Adssorption Science and Technology,
Vol. 15, no.4, 251-270.
MIMURA H., and AKIBA K., 1993, Adsorption Behavior of Cesium and Strontium
on Synthetic Zeolite P, Journal of Nuclear Science and Technology, 30 (5),
pp. 436-443.
MIMURA H., TACHIBANA F., AKIBA K. (1992) Ion Exchange Selectivity for
Cesium in Ferierites. J. Nucl. Sci. And Tech. 29 (2), 184-186.
MISAELIDES P., SIKALIDIS C., TSITOURIDOU., ALEXIADES C., (1987)
Distrubition of Fission Product in Dust Samples from the Region of
Thessaloniki, Greece, after the Chernobyl Nuclear Accident., Environ. Pollut.
0269-7491/87/S0350. Elsevier Appl. Sci. Publ. Ltd.England. 47., 1-8.
MURALI M. S., MATHUR J. N., 2002, Sorption Characteristics of Am (III), Sr (II)
and Cs (I) on Bentonite and Granite, Journal of Radioanalytical and Nuclear
Chemistry, Vol. 254, No.1, 129-136.
NIKASHINA V. A., TYURINA V. A., SENJAVIN M.M, (1986) Comparative
Characteristic of the Ion Exchange Properties of Natural Clinoptilalites from
Bulgaria and the USSR for the Purpose of Purification of Liquid Wastes from
Nuclear Power Plants. Part I: Study of the Equilibrium Sorption of Cesium
and Strotium Ions from Solution of Different Composition. J. Radional. Nucl.
Chem. Lett. 105 (3), 175-184.
ORUÇ N., 1989 Çernobil Kazası Sonrası Bazı Toprak Örneklerinde Cs-134 ve Cs137 Dağılımı., Radyoaktif Atık. Çevre ve Sağlık Semp. Bildirileri (Boğaziçi
Ün. Yay.) 201-212.
PATTERSEN S., MURRAY H., 1970, Clays, Industrial Minerals and Rocks,
American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineering 185200.
180
POLANYI M., 1914, Verb. DEutsch. Phyrik Ges., 16, 1012.
R.M.CORNEL. (1993) Adsorption of Cesium on Minerals.: A Review.
J.
Radioanal. and Nucl. Chem. Articles, 171(2), 483-500
RAFFETY P., SHİAO S.Y., BINZ C. M., MEYER R.E., 1981, Adsorption of Sr (II)
on Clay Minerals: Effects of salt Concentration, Loadind and Nuclear
Chemistry, Articles, Vol. 43. 797-805.
REED B. E., CLINE S.R., (1994), Retention and Release of Lead by a Very Fine
Sandy Loam. I. Isotherm Modeling, Separation Science and Technology Vol.
122, 1529-1551.
SAMANTA S.K., RAMASWAMY M., (1992), Studies on Cesium Uptake by
Phenolic Resins. Sepa.Sci. Tech. 27(2) , 255-267
SCHULZ, R. K. (1965) Soil Chemistry of Radionuclides Health Physics Pergamon
Press. 11, 1317-1324.
SHAHWAN T., ERTEN H.N., 2002, Thermodynamic Parameters of Cs+ Sorption on
Natural Clays, Journal of Radianalytical and Nuclear Chemistr, vol. 253,
No.1, 115-120.
SHAHWAN T., SÜZER S. And ERTEN H.N., 1998, Sorption Studies of Cs+ and
Ba2+ Cations on Magnesite, Appl. Radiat. Isot. Vol.49, No. 8, pp. 915-921.
SHENBERG M. A., ERIKSON A., (1989) Cesium Sorption Capasity of Zeolit ans
Soils. Freshverb Strahlensehutz (Ber). Fs-89-48T, 250-255.
SİNHA P.K.; LAL K.B.; PANİCKER P.K., (1994) Aplication of Comercial
Zeolit-13X in the Tratement of Simulated and Actual Radioactive
Effluent
Containin
Cesium
.
181
Indian
J.
Chem.
33A,
924-928
ÖZGEÇMİŞ
1964 yılında Adana’da memur bir ailenin çocuğu olarak doğdu. 1988 yılında
İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölümünden mezun oldu. 1988-1992 yılları
arasında İstanbul Üniversitesi Cerrahpaşa Tıp Fakültesi’nde sağlık fiziçisi olarak
görev yaptı. 1992 yılında Çukurova Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fizik
Bölümüne naklen atandı. 1997 yılında aynı bölümde Yüksek Lisans öğrenimini
tamamladı. Halen aynı kurumda çalışmaktadır. Evli ve iki çocuk annesidir.
182