Aktifleştirilmiş Bentonit Yüzeyleri Üzerinde Formik Asit Formamidin Adsorpsiyonu

Abstract

AKTİFLEŞTİRİLMİŞ BENTONİT YÜZEYLERİ ÜZERİNDE FORMİK ASİT VE FORMAMİTİN ADSORPSİYONU ÖZET Bu çalışmada bir ön hazırlama işleminden geçirilen ham bentonit numuneleri aktifleştirme amacıyla farklı konsantrasyonlarda sülfürik asit ile etkileştirildi ve kilde bulunan değiştirilebilir katyonlar Cu2+ ve Pb2+ katyonları ile yer değiştirildi. Yapıda meydana gelen fiziksel ve kimyasal değişimler kimyasal analiz, İR spektroskopisi, X- ışınları kırınımı metodu, Diferansiyel termik analiz ve yüzey asitliği tayinleri yapılarak incelendi. İkinci bölümde asitle aktifleştirmenin ve katyon değişiminin formik asit ve formamid moleküllerinin bentonit yüzeylerindeki adsorpsiyon mekanizmaları üzerinde bir değişiklik meydana getirip getirmediği İR spektroskopisi yardımıyla araştırıldı. Mineralin asitle aktifleştirilmesi neticesinde kimyasal bileşimi değişerek SİO2 miktarında artma, A1203, Fe203 ve MgO miktarında azalma görülürken CaO miktarının ise değişmediği gözlendi. Minerale ait DTA izlerindeki karakteristik pikler kayboldu. X-ışınlan toz kırınımı spektrumları ile montmorillonit 15A yapısında olduğu teyit edilen saf bentonitin asitle muamelesinin ardından SiO2'e ait pik şiddetlerinin arttığı gösterildi. Katyon değiştirme prosesinin bentonit tabakaları arasındaki uzaklığın değişmesine neden olduğu tespit edildi. İR verileri, asitle aktifleştirmenin serbest silikadan kaynaklanan pik şiddetlerini arttırdığına, oktahedral tabakadan kaynaklanan titreşim bandlarının şiddetlerini azalttığına ve daha yüksek konsantrasyonlarda ise yok ettiğine işaret etmektedir. Yüzey asitliğinin asitle aktifleştirme taktirinde başlangıçtakine göre yaklaşık on kat arttığı bulunmuştur. Başlangıçta asit konsantrasyonu arttıkça artan yüzey asitliği, belirli bir konsantrasyondan sonra belirgin şekilde azalmıştır. İR spektroskopisi verilerine dayanılarak değişik bentonit yüzeylerini asitle aktifleştirmenin formik asit adsorpsiyonunda değişikliğe neden olmadığı molekülün yüzeye hidrojen bağlarıyla fiziksel olarak bağlandığı anlaşılmıştır. Formik asit katyon değiştirilmiş bentonit yüzeyleri üzerinde kimyasal adsorpsiyona uğrayarak iki dişli format iyonlarına dönüşmektedir. Formamid molekülü bentonit üzerinde oksijen atomu üzerinden protonlanarak kemisorbe olmaktadır. Böylelikle, O-protonlanması moleküldeki C=0 grubunun çift- bağ karakterini azaltmaktadır. Formamid türlerinin bazıları değiştirilebilir katyonlara koordine halde de bağlanabilir. Anahtar Kelimeler: Aktifleştirilmiş bentonit, fiziksel adsorpsiyon, format ve formamid türleriABSTRACT In this study bentonite samples, which were pre-treated with different concentrations of sulfuric acid and exposed to a cation exchange process with Cu2+, Pb2+ cations have been selected as catalyst. Physical and chemical changes in the structure were investigated by means of chemical analysis, IR spectroscopy, X-ray powder diffraction, differential termik analysis and surface acidity. In the second part of the investigation, the adsorption mechanisms of formic acid and formamide molecules on a number of bentonite surfaces were searched. Following the acid activation, chemical composition of the mineral changed, the amount of Si02 increases, but that of AI2O3, FejCk and MgO decreases and the amount of CaO remains the same. Characteristic peaks of the mineral in DTA curves disappeared in parallel with this. The structure of the pure bentonite has been defined as montmorillonite 15Aby X-ray powder diffraction method in which peak intensity of the SİO2 group increased after the treatment. The cation exchange process has resulted in a variation of distances between the bentonite layers. IR spectra show that the acid activation increases the peak intensities of free silica, diminishes the intensities of the vibrational bands which come from the octahedral layer and vanishes them all at higher concentrations. With acid activation, the surface acidity increases by ten times than that observed on the pure surface. At the early stages of the activation, the surface acidity increased sharply whereas a rough decrease is observed when a specific concentration is reached. The acid activation did not cause significant changes of the adsorption characteristics of formic acid on bentonite surfaces, therefore, the molecule is physically adsorbed on the surface via weak hydrogen bonds. Chemically adsorbed formate species are converted into bidentate formate ions on cation exchanged bentonite surfaces. Formamide molecules were chemically adsorbed with protonation on oxygen atom on active bentonites. Thus, O-protonation decreases the double-bond character of the C=0 group in the molecule. Some of the adsorbed formamide species may also coordinate to the exchanged cations besides undergoing protonation reactions. Key Words: Activated bentonite, physisorption, formate and formamide species