Proje Adı: Keyifle iç kahveni, sakın atma telvesini: temizler atık suyundaki ağır metalleri ve metilen mavisini
Proje Amacı: Kahve telvesi ülkemizde çokça oluşan bir içecek atığıdır. Atık olan kahve telvesini kullanarak atık suların ağır metallerden ve tekstil boyalarından arındırılmasını maliyeti düşük yöntemle gerçekleştirmek
Giriş:
Kahve ağacının ilk bulunduğu yer olan Habeşistan’ın Kaffa yöresinin Arapça karşılığı “qahwah ” dır. Araplar bugün bilinen kahveyi henüz tanımıyorken kelime keyif veren içki, şarap anlamında kullanılmaktaydı. Bugünkü anlamını 14.yüzyılda kazanmaya başlamıştır. Bu Türkçe’de “kahve”ye dönüşmüş, buradan da Avrupa’da café, caffe, koffie, coffee, koffie, Kaffee şekline gelmiştir (1). Türk Kahvesi, Türkler tarafından keşfedilen kahve hazırlama ve pişirme metodunun adıdır. Özel bir tadı, köpüğü, kokusu, pişirilişi, ikramıyla kendine özgü bir kimliği ve geleneği vardır. Telvesi ile ikram edilen tek kahve türüdür.(2) Filtre Kahve; orta kalınlıkla çekilmiş kahvenin genellikle bir kağıt filtre yardımıyla filtre edilerek demlenmiş çeşididir (2).
Kahve; sadece ülkemizde değil dünya üzerinde de en çok tüketimi olan içeceklerin başında yer almaktadır. Yapılan araştırma sonuçları göstermiş ki yıllık olarak dünya da 1,5 ila 2 milyon tonluk bir kahve tüketimi olduğu tespit edilmiştir. Bu da yaklaşık yıllık 1,5- 2 milyon tonluk bir kahve atığı demektir (2). Buna karşın, kahve telveleri ülkemizde atık madde olarak çok değerlendirilmeyen bir atıktır. Kahve telvesiyle ilgili literatür taraması yapıldığında, içilmiş kahve telvesi kullanılarak biyodizel üretimi yapıldığı belirlenmiştir (4).
Çeşitli faaliyetler sonucu çevreye karışan metaller, havada, suda ve toprakta birikebilmekte ve hava hareketleri ile çok uzak mesafelere kadar taşınabilmektedirler. Besin zincirinde birikerek canlılara geçmeleri, mevcut zararları nedeniyle ayrı bir endişe kaynağıdır. Çok düşük seviyelerdeki ağır metal düzeylerinin bile canlılarda akut ve kronik etkilere neden olduğu bilinmektedir. Araştırmalar, kahve içtikten sonra idrardaki kalsiyum oranının yükseldiğini göstermiştir. Bu nedenle kahvenin kalsiyum hırsızı olduğu ileri sürülmektedir (4). Biz de projemizde işte bu noktadan hareket ettik. Vücudumuzda bulunan kalsiyumu içtiğimiz kahve idrar yoluyla dışarı atıyor ise, kahvenin metal tutucu özelliği olabilir. Yani kahve kalsiyum gibi bir metali tutabiliyorsa kurşun, çinko ve bakır gibi ağır metalleri de tutabilir. Bu düşünceyle projemize başladık.
Sentetik boyalar tekstil, boya, kâğıt ve baskı endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Renkli atık suların doğrudan ortama deşarj edilmesi kontrolsüz anaerobik şartlarda toksik – karsinojenik aromatik aminlerin oluşması gibi birincil çevresel etkisinin yanında estetik açıdan çevreye zarar vermesi gibi ikincil bir etkisi de vardır (5). Metilen mavisi (C16H18ClN3S.3H2O) (3,7-bis (dimetilamino)-fenazotiyonyum klorür) tekstil sektöründe boyar madde ve redoks indikatörü olarak yaygın bir şekilde kullanıldığından, atık sularda metilen mavisine rastlanmaktadır. Metilen mavisinin küçük canlılar ve balıklar üzerinde olumsuz etkileri olduğu belirlenmiştir (6).
Adsorpsiyonla renk giderimi oldukça etkin bir yöntemdir (7). En yaygın olarak kullanılan adsorban madde aktif karbon olmakla birlikte, zeolit, bentonit ve odun külü gibi bazı üretimi kolay ve ucuz adsorban maddeler de adsorpsiyonla renk giderimine uygundur. Ancak adsorpsiyonda ilk yatırım maliyeti de yüksektir ve adsorbanın periyodik olarak yenilenmesi gerekmektedir. Bu da işletim maliyetini arttırmaktadır. Oysa ki, bu işlem atık bir malzemeden yapılırsa maliyet önemli ölçüde azalacaktır. Bu noktadan hareketle, projemizde içilmiş kahve telvelerinin tekstil atık sularında bulunan metilen mavisini adsorbe edip etmeyeceğini de araştırmak istedik.
Araştırma problemleri
Çalışmamızda aşağıdaki araştırma sorularına yanıt bulmaya çalıştık;
Kahve telvesi adsorban olarak kullanılabilir mi?Farklı kahve türlerinin telveleri atık sulardaki ağır metalleri (Cu, Zn ve Pb) ne ölçüde tutabilmektedir?İçilmiş kahve telveleri tekstil sularındaki metilen mavisini sudan temizleyebilmekte midir?
Kullanılan yöntem:
Pişirilen kahvelerden geriye kalan atıkların değerlendirilmesi amacıyla kontrollü deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneylerde, Türk kahvesi, filtre kahve ve çekirdek kahve telvelerinin ağır metal tutucu özellikleri araştırılmıştır. Ayrıca tekstil boyalarından sulara karışan boyalar arasında yer alan ve canlılar, özellikle de balıklar için önemli ölçüde toksik etki yaratan metilen mavisinin kahve telveleri tarafından ne ölçüde adsorbe edildiğini belirlemek üzere deneyler yapılmıştır. Çalışmalarımız sırasında Marmara Üniversitesi Atatürk Eğitim Fakültesi Öğretim üyesi Doç. Dr. Filiz Kabapınar’dan destek alınmıştır.
Deney 1: Kahvelerin ağır metal adsorpsiyonu
Sentetik suyu temsilen hazırlanacak çözeltilerde çinko (II), kurşun (II) ve bakır (II) iyonları bir gram olacak şekilde çinko sülfat (ZnSO4), kurşun nitrat (Pb(NO3)2) ve bakır nitrat penta hidrat? tan (Cu(NO3).5 H2O) hazırladık. Bunun için 4,42 g ZnSO4 tarttık ve 1 L çözelti hazırladık. Benzer şekilde, sırasıyla 1,6 g Pb(NO3)2ve 3,93 g Cu(NO3).5 H2O katıları da 1 L ye tamamlayarak çözeltiler hazırladık. Kullanılan kimyasal maddeler Merck mavi bant kalitesinde olup, analitik saflıktadır. Yapılan araştırmalar adsorpsiyonda çözelti pH’ının süreci etkilediğini gösterdiğinden, her bir çözeltinin pH’ ına baktık. Tüm çözeltilerin pH’ ı 5 çıktığı için ve bu değer çözeltiler için literatürde önerilen pH değerine uygun olduğundan herhangi bir pH ayarı yapmadık. Hazırlanan tüm çözeltilerimiz 1000 ppm?lik olduğundan su ile seyrelterek 500 ppm’lik çözeltiler hazırladık ve deneylerimizde bu çözeltileri sentetik atık su olarak kullandık.
Filtre, çekirdek ve Türk kahve telvelerinin bir kısmını etüvde, bir kısmını açık havada kuruttuk. Sabit tartıma gelindiğinde atıklarımız hazırlanmış oldu. Her bir kahveden birer gram tarttık. Kahve atıklarını (1 g) erlenlere aldıktan sonra üzerine 25 mL çinko, bakır ve kurşun içeren sentetik atık sularımızdan ilave ettik. Erlenleri ağzı kapalı bir biçimde 2 gün beklettik. Sonra her bir erlendeki karışımı 1 saat süreyle manyetik karıştırıcıda karıştırdık. Karıştırma işleminden sonra süzdük. Süzüntüleri atomik absorpsiyon ölçümleri için Çanakkale 18 Mart Üniversitesi Kimya Laboratuvarı’na gönderdik. Burada gerektiğinde santrifüj yapılan süzüntüler ICPOS Optima-8000 Perkin Elmer cihazı ile atomik adsorpsiyon ICP ölçümleri yapıldı.
Deney 2: Kahvelerin metileni adsorpsiyonu
Tekstil atık suyunu temsilen 0,372g katı metilen mavisi tartıldı. Tartılan boya 1000mL’lik balonjojeye aktarıldı üzerine 1000mL çizgisine kadar saf su ilave edildi. Hazırlanan 372ppm’lik çözeltiden 2, 4, 6, 8 ve 10 ppm’lik çözeltiler hazırlandı. Her birinin absorbansı UV-Visible Spektrofotometrede ölçüldü. Hazırlanan 372 ppm’lik stok çözeltiden 20 mL 30 ppm’lik 7 ayrı çözelti alındı. Her çözeltiye 1gram adsorban ilave edildi. Magnetik karıştırıcıda çalkalandı. Çözeltiler süzüldü ve süzüntünün absorbansı UV- visible cihazında ölçüldü.
Verilerin analizi
Atomik adsropsiyon ICP ölçümleri sentetik atık sulardaki ve süzüntüdeki iyonların litredeki miktarlarını miligram cinsinden okuduğundan, iki sayı arasındaki fark bulunarak Filtre, çekirdek ve Türk kahve telveleri tarafından tutulan iyonların miktarını belirledik. Elde ettiğimiz mg/L değerinden de toz atık maddemiz üzerinde tutulan (adsorbe olan) iyonun yüzde oranını hesapladık.
Ayrıca, metilen mavisi ile yapılan deneyden elde edilen süzüntülerin absorban değerleri Shimadzu UV 1700 PharmaSpec UV spektrofotometresi ile okunmuştur. UV-Vis analizleri Marmara Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü Fizikokimya Laboratuvarında yapılmıştır.
Bulgular
Kahve atıklarının sentetik sudan ağır metalleri temizlemesi
Zn+2 94.42 mg/L Cu+2 22.31 mg/L Pb+2 478.8 mg/L
Adsorbe (mg/L) Adsorbe (mg/L) Adsorbe (mg/L)
Çekirdek kahve 26.87 10.01 478.75
Filtre kahve 30.11 14.49 478.76
Türk kahvesi 24.76 12.42 478.75
Bulgular, tüm içilmiş kahve telvelerinin en yüksek oranlarda kurşunu tutuğunu göstermektedir. Nitekim, sentetik sudaki kurşun iyonlarını neredeyse tamamına yakın bölümü kahve telveleri tarafından adsorbe edilmiştir. Bulgulara göre, kahve telveleri çinko iyonları için adsorban özelikle göstermekte ancak bakır iyonlarına karşı düşük tutucu özellik göstermektedir. Sentetik atık suların içinde ki Zn+2,Cu+2ve Pb+2nin tutulma oranları telve çeşitlerine göre çok büyük farklılıklar göstermemiştir. Ancak sentetik atık sulardaki ağır metallerin sudan uzaklaştırılmasında filtre kahvenin daha etkin olduğu belirlenmiştir.
Kahve atıklarının sentetik sudan tekstil boyası olan metileni temizlemesi
Sentetik tekstil suyu olan metilen mavisinin 30 ve 50 ppm lik çözeltilerinin ve kahve telvesinde bekletilip süzüldükten sonraki çözeltilerin absorbansları ölçüdüğünde ortaya çıkan sonuçlar ise; tüm kahve atıkları metilen mavisinin rengini adsorbe etmiştir. Nitekim görünür bölgede yer alan (350-600 nm bandı) metilen mavisinin pikleri süzüntülerde yok olmuştur. Bu durum tüm kahve telvelerinin sentetik atık suyun rengini giderdiğini göstermektedir. Sürecin zamana karşı ölçümleri alınmadığından derişime ilişkin bir şey söylemek olanaklı değildir. Bu nedenle kahveler arasında bir karşılaştırma yapılamamıştır.Ancak, metilen mavisi boyar maddesinin renginin üç kahve telvesi ile tutulduğu ve sentetik suyun renginin temizlendiği aşikardır.
Proje Bütçesi: 150 TL (örnek numunelerin atomik absorbsiyon spektroskopisi (AAS) ölçümlerinin yaptırılması ücreti)
Proje Çalışmasının Takvimi:
1 Ekim-30 Ekim 2012 Araştırma ve bilgi toplama
1 Kasım- 15 Kasım 2012 tarihleri arasında kahve telvelerinin toplanması deney için kurutma işlemlerinin yapılması
20 Kasım 2012 tarihinde toplanan kahve telveleri ile ilgili deneylerin yapılması
12 Ocak 2013 örnek numunelerin atomik absorbsiyon spektroskopisi (AAS) ölçümlerinin yaptırılması
15 Ocak 2013 analiz sonuçlarının gelmesi
15 Ocak-25 Ocak 2013 proje raporunun hazırlanması
Sonuçların Değerlendirilmesi
Projemiz kahve telvelerinin atık sularda bulunan ve sağlığımızı tehdit eden ağır metalleri temizlemek için kullanabileceğimizi göstermektedir. Bu çerçevede, atık sularımızı maliyeti düşük bir şekilde temizlemek olanaklı olacaktır. Kahve telvelerinin kurşun gibi sağlığımız açısından tehlikeli olan bir metalin % 100 oranında adsorbe edilmesi oldukça sevindirici bir sonuç olmuştur. Aynı başarı diğer metal iyonları ile elde edilemese de bu durum farklı cins kahve telvelerinin bir araya getirilmesi ile aşılabilir, metal iyonlarının adsorpsiyon verimi arttırılabilir. Tekstil atık sularıyla renklenmiş alıcı sular, diğer endüstriler (kağıt, bira vb.) için su kaynağı olarak kullanılamazlar. Ayrıca bu suların deniz canlılarına ve özellikle de balıklara önemli ölçüde toksik etki yarattığı da belirlenmiştir. Projemizde, kahve telvelerinin metilen mavisinin rengini gidermede kullanabileceğimizi ortaya koymuş olduk.
Kaynaklar
1.http://www.sifalibitkilerim.tv/kahve/(5) 19 Ağustos 2010
2.www.uzmanportal.com(1) 31 Aralık 2011
3 .Abalı, Y., Gümüş, R., Vatansever, S. Ve Ersöz, N. (2009). Türk kahvesi telvesinden biyodizel üretimi, V. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, DİYARBAKIR, 198-202
4.www.vikipedi.com(2) 12 Kasım 2012
5.Karapınarkapdan İ.ve Kargı F. (1998). Atıksılardan tekstil boyar maddelerin adsorpsiyonu biyolojik arıtım ve giderimi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Çevre Mühendisliği.
6.Şengül, F.,(1991). Endüstriyel Atıksuların Özellikleri ve Arıtımı, Dokuz Eylül Üniv.,Mühendislik- Mimarlık Fakültesi Yayınları No. 172, İkinci Baskı, İzmir.
7.Nas, Z. (2006). Tekstil Boyalarının sulu çözeltilerden adsorpsiyon yöntemiyle giderimi, yayımlanmamış yüksek lisans tezi, Gebze Yüksek Teknoloji Ens.
ÖZEL MEF ORTAOKULU
ORTAKÖY MAH. DEREBOYU CAD. DEREİÇİ SOK. BEŞİKTAŞ/İSTANBUL
KİMYA – KEYIFLE IÇ KAHVENI, SAKIN ATMA TELVESINI: TEMIZLER ATIK SUYUNDAKI AĞIR METALLERI VE METILEN MAVISINI YASEMEN ELIF ÇELİK BETSI YEŞİL
NECMİ KIRATLI
Fen Projesi / Matematik Projesi
Bu Benim Eserim Fen Bilimleri ve Matematik Projeleri Yarışması
Bilim Şenliği Projeleri
