The Determination of the Equilibrium Isotherm Model of Heavy Metal Adsorption Using Montmorillonite Clay


Aladağ E., Ünal E.

4. Uluslararası Türk Dünyası Mühendislik ve Fen Bilimleri Kongresi, Antalya, Turkey, 30 November - 03 December 2023, pp.240-241

  • Publication Type: Conference Paper / Summary Text
  • City: Antalya
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.240-241
  • Van Yüzüncü Yıl University Affiliated: Yes

Abstract

Adsorption process has long been recognized as a highly efficient approach for pollution control. Many different adsorbents are utilized for the removal of various pollutants such as heavy metals, dyes and other toxic compounds from wastewater. Clay minerals are widely preferred for the remediation of contaminated wastewater due to their well-known adsorption capabilities. Natural montmorillonite clay mineral is a frequently preferred adsorbent due to its high adsorption capacity, abundant availability in nature and low cost. In this study, montmorillonite from Narman district of Erzurum province in eastern Turkey was used as adsorbent. Adsorption experiments were carried out batch at constant temperature of 25 °C, natural pH, 150 rpm agitation speed. Aqueous solutions containing initial Cr(VI) metal ions in the concentration range of 2-100 mg/L were taken 100 mL and transferred to 250 mL volume flasks. Then adsorbents weighing 0.3 g were added to the flasks and the experiment was started. At the end of the 60 min experiment, the Cr(VI) concentrations in the aqueous solutions that reached equilibrium were determined. Two-parameter Langmuir, Freundlich, Temkin and three-parameter Sips, Toth, Khan isotherm models were investigated to determine the suitable isotherm model. The lowest sum of squared errors (SSE) and the highest coefficient of determination (R2) were obtained as 1.203 and 0.994 for Langmuir isotherm model in two-parameter equations and 0.294 and 0.998 for Sips isotherm model in three-parameter equations, respectively. Langmuir isotherm coefficients Qm and K were calculated as 9.431 mg/g and 0.581, respectively. Sips isotherm coefficients Qm, K and n were calculated as 10.128 mg/g, 0.593 and 0.760, respectively. The obtained results indicate that natural montmorillonite clay is suitable to be used as adsorbent for the removal of Cr(VI) metal ion from aqueous media. In future studies, it is recommended to determine the optimum adsorption conditions by applying various optimization methodologies.

Adsorpsiyon işlemi uzun zamandır kirlilik kontrolü için oldukça etkili bir yaklaşım olarak kabul edilmektedir. Ağır metaller, boyalar ve diğer toksik bileşikler gibi çeşitli kirleticilerin atık sulardan uzaklaştırılması için birçok farklı adsorban kullanılmaktadır. Kil mineralleri, iyi bilinen adsorpsiyon yetenekleri nedeniyle kirlenmiş atık suların ıslahında yaygın olarak tercih edilmektedirler. Doğal montmorillonit kil minerali, yüksek adsorpsiyon kapasitesi, doğada bol miktarda bulunması ve düşük maliyeti nedeniyle sıklıkla tercih edilen bir adsorbandır. Bu çalışmada, Türkiye’nin doğusundaki Erzurum ilinin Narman ilçesinden temin edilen montmorillonit adsorban olarak kullanılmıştır. Adsorpsiyon deneyleri, 25 °C sabit sıcaklık altında, doğal pH değerinde, 150 rpm çalkalama hızında kesikli olarak gerçekleştirilmiştir. 2-100 mg/L konsantrasyon aralığında başlangıç Cr (VI) metal iyonu içeren sulu çözeltilerden 100 mL alınıp 250 mL hacmindeki erlenlere aktarılmıştır. Daha sonra 0,3 g ağırlığındaki adsorbanlar erlenlere eklenerek deney başlatılmıştır. 60 dakikalık deney sonucunda dengeye ulaşan sulu çözeltilerdeki Cr(VI) konsantrasyonları belirlenmiştir. En uygun izoterm modelinin belirlenmesi için iki parametreli Langmuir, Freundlich, Temkin ve üç parametreli Sips, Toth, Khan izoterm modelleri incelenmiştir. En düşük hataların kareleri toplamı (HKT) ve en yüksek determinasyon katsayısı (R2), sırasıyla, iki parametreli denklemlerde Langmuir izoterm modelinde 1,203 ve 0,994; üç parametreli denklemlerde ise Sips izoterm modelinde 0,294 ve 0,998 olarak bulunmuştur. Langmuir izoterm katsayıları olan Qm ve K, sırasıyla, 9,431 mg/g ve 0,581 olarak hesaplanmıştır. Sips izoterm katsayıları olan Qm, K ve n, sırasıyla, 10,128 mg/g; 0,593 ve 0,760 olarak hesaplanmıştır. Elde edilen bulgular, Cr(VI) metal iyonunun sulu ortamlardan giderilmesinde doğal montmorillonit kilinin adsorban olarak kullanılmasının uygun olduğunu ortaya koymaktadır. İlerleyen çalışmalarda, çeşitli optimizasyon yöntemlerinin uygulanarak uygun adsorpsiyon koşullarının belirlenmesi önerilmektedir.