ÖNSÖZ
Sabu Sabunn gibi gibi temi temizl zlem emee özel özelliliği ği olan olan,, faka fakatt sabu sabunn gibi gibi dire direkt kt olar olarak ak yağ yağ asitle asitlerin rinden den değil değil de petrol petrol ürünle ürünlerin rinde denn sentet sentetik ik olarak olarak elde elde edilen edilen yüz yüzey ey aktif aktif maddelere DETERJAN DETERJAN denir. Deterjanlar, her biri temizlemede temizlemede ayrı bir görev görev yapan, pek çok maddenin kompleks bir karışımıdır. Yüzey aktif maddeler veya surfaktanlarla ilgili modern kavram, sabunları, deterjanları emülsifiyanları, ıslatıcı maddeleri ve girme maddelerini kapsamaktadır. Bütün bunlar, birbirleriyle temasta olan iki faz arasındaki yüzey yüzey tabakası tabakasının nın özellikle özelliklerini rini değiştire değiştirerek, rek, aktiflikle aktifliklerini rini sürdürürl sürdürürler. er. Yüzey Yüzey aktif aktif maddelerin pek çoğu, molekülün bir ucunda suyu çeken ve diğer ucunda suyu iten bir grup grup bulund bulunduru ururla rlar.r. Deterj Deterjanl anlar, ar, kirler kirlerii uzakl uzaklaşt aştırm ırmada ada etkin etkin olan olan bu özelli özellikle klere re fazlasıyla sahiptirler. İkin İkinci ci Düny Dünyaa Sava Savaşı şınd ndan an sonr sonraa kull kullan anım ımla ları rı artm artmış ış olan olan dete deterja rjanl nlar arın ın yapılışlarını, kalite kontrol yöntemlerini ve çevreye olan etkilerini araştırdık. Hepimiz kimyasal maddelerin doğayı olumsuz yönde nasıl etkilediğini yüzeysel olarak biliyoruz. Biz bu araştırmamızda bu konuyu derinlemesine inceleyerek faydalı olmaya çalıştık. Eğer bu konuda gerçekten doğal ortama ve insanlara bir faydamız olabilirse kendimizi mutlu hissedeceğiz. hissedeceğiz.
I
TEŞEKKÜR
Tezin hazırlığı aşamasında ve dört yıl boyunca, alanındaki bilgilerini, fikirlerini bizden esirgemeyen, ayrıca çalışmamıza danışmanlık yaparak bizi yönlendiren değerli hocamı hocamızz Yrd. Yrd. Doç. Doç. Dr. Mustaf Mustafaa AKTÜRK AKTÜRK'e, 'e, ayrıc ayrıcaa bizim bizim bug bugünl ünlere ere gelme gelmemiz mizii sağlayan ailelerimiz, Hüseyin ve Şerife RENKLİGÜL ile Bahri ve Suzan AKYILDIZ'a sonsuz şükranlarımızı sunarız.
II
İÇİNDEKİLER
III
I. BÖLÜM 1. DETERJAN VE ÇEVRE
İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra ülkelerin sabun kullanmaları azalırken, deterjan kullanmaları hızla artmaya başlamıştır. Böylece kullanılmış sularla her yıl nehirlere, göllere ve denizlere (doğal sulara) daha çok deterjan atılmaya başlanmıştır. Bunun bir sonucu olarak da sularda birikimler olmuştur. Nehirlerin, göllerin ve denizlerin genel olarak suların doğal bir temizleme gücü vardır. Ancak, bu güçleri sınırlıdır. Çok deterjan kullanılan yerlerde nehirlerin ve göllerin yüzeyi bir köpük tabakasıyla kaplanır. Çevre bozulur ve çevre sorunu başlar. Suların yüzeyindeki köpük tabakası her şeyden önce mavi suların yüzünü kapatır ve sulara nahoş bir görünüş verir. İş bununla da kalmaz ve bu kirli sular içme sularına da sızar ve daha ciddi sorunlara neden olur. Başlangıçta bu maddelerin de yağ asitleri sabunlarında (RCOONa) olduğu gibi bakterilerle daha küçük moleküllere parçalanabileceği, başka bir deyişle, bunların biyodegradasyona uğrayacakları zannedilmişti. Ancak, bunun doğru olmadığı ve deterjan formülasyonundaki yüzey aktif maddelerin çok yavaş bakteriyal bozunmaya uğradıkları (degrade oldukları) kısa zamanda anlaşılmıştır. Böyle bir kirlenmeyi önleyebilmek için bakteriler tarafından daha kolay parçalanan deterjanlar araştırılmış ve 1965 yılında LAB denen lineer alkil benzen sülfonat sentez edilmiştir. Bu madde sabunlardaki yağ asitlerinde olduğu gibi, düz zincirli bir grup ihtiva eder. Düz zincirli karbon bileşikleri, dallanmış zincirli karbon bileşiklerine göre bakteriler tarafından daha kolay parçalanır. Düz zincirli karbon bileşiklerinden (LAB) önce kullanılan karbon bileşikleri, dallanmış zincirli karbon bileşikleriydi. Düz ve dallanmış karbon zincirli bileşiklere Şekil:1'de birer örnek verilmiştir. Aynı karbon sayısında daha bir çok dallanmış karbon bileşikleri vardır. Lineer olmayan dodesil benzen sülfonat bunların bir karışımıdır.
1
A
C-C-C-C-C-C-C-C-C-C | | | C C
| SO3 Na C-C-C-C-C-C-C-C-C-C | B
| SO3 Na
Şekil 1. Sodyum Dodesil Sülfonatlar A. Dallanmış karbon zincirli, zor biyodegradasyona uğrayan B. Düz karbon zincirli, kolay biyodegradasyona uğrayan
Ancak problem, deterjanın yüzey aktif maddesini değiştirmekle tam olarak çözülememiştir. Deterjanın kompleksleştirici bileşeninin (%50'den fazla) yarattığı problem olduğu gibi kalmıştır. Günümüzdeki deterjan problemleri (çevre kirlenmeleri) yüzey aktif maddelerden ziyade, deterjanlardaki kompleksleştiricilerden ileri gelmektedir. Deterjanlarda kullanılan başlıca kompleksleştirici tripolifosfat (Na5P3O10)'dır. Bu madde zamanla hidroliz olur ve ortofosfatları vardır. P3O10-5 + 2H2O → 2HPO4-2 + H2PO4Ortofosfatlar toksik olmayan ve bitkilerin beslenme ve gelişmesinde temel maddelerdir(nutrient). Bu nedenle ortofosfatların bulunduğu yerde bitkiler hemen canlanır ve çok büyür(eutrophication). 1945 yıllarında deterjanlar piyasaya sürülmeğe başlandığı zamanlarda formülasyona konan tripolifosfatın böyle bir etkisinin olacağı hiç düşünülmemişti. Düşünülse bile, bu kadar önemli olabileceği zannedilmemişti. Bugün için şu bir gerçek; fosfatlar atık sularda en önemli bir problemdir. Kirlenmemiş göl sularında ortalama 0,06 ppm fosfat bulunurken, kirlenmiş göl sularında bu miktar bazen 6 ppm'e kadar çıkabilmektedir. Bu, son derecede yüksek bir değerdir. Bunu önlemek için deterjanlarda fosfatın azaltılması veya hiç konmaması teklif edilmiştir. Ancak, buna da şu sorular yöneltilmiştir. Fosfatın azalması gerçekten ötrofikasyon (bitkilerin anormal derecede büyümeleri) olayını durduracak mı? Fosfatın
2
yerini hangi madde alacak ve bu yeni madde ne gibi problemler getirecek? Halen bu sorulara cevaplar aranmaktadır. 1.1. Fosfatsız Formülasyonlar
Fosfatsız deterjanlar denince akla ilk gelen maddeler sabunlardır. Deterjanlardan önce zaten sabunlar kullanılmaktaydı. Bunların yaklaşık 4500 yıldan beri kullanıldığı zannedilmektedir. Sabun ilk defa Sümerler tarafından kullanılmıştır. Ancak bunların zamanımıztda büyük ölçüde kullanılması pek uygun değildir. Çünkü; 1) Sabun için gerekli olan nebati yağ ve hayvani iç yağ nereden temin edilecektir. Halen sadece ABD'de 2-3 milyon ton deterjan kullanılmaktadır. Bunu karşılamak için yaklaşık bunun yarısı kadar nebati veya hayvani yağa ihtiyaç vardır. Bugün hiçbir ülke kendisine yetecek kadar sabun üretecek durumda değildir. 2) Milyonlarca yıkama makinesi deterjana göre dizayn edilmiştir. Sabun bu makinelerde istenen sonucu vermez. Hele bulaşık makineleri için hiç uygun değildir. Bundan sonra iki husus düşünülebilir. 1. Fosfatın yerini alabilecek bir başka madde kullanmak, 2. Fosfata ihtiyaç göstermeyecek yeni bir deterjan üretmek. Fosfatın yerini alabilecek bir madde dikkatle araştırılmış bu amaçla binlerce madde üzerinde denemeler yapılmıştır. Ancak, fosfatın özelliklerini taşıyan ve onun kadar ucuz olan bir başka madde henüz bulunamamıştır. Fosfatın başlıca özellikleri şöyledir: 1. Fosfatlar akuatik hayat için toksik olmadığı gibi insanlar için de değildir. 2. Fostafların boya, elyaf ve kumaşa zararlı hiçbir etkisi yoktur. Bu son derecede önemlidir. Çünkü, bugün çok değişik sentetik maddeler ve boyalar kullanılmaktadır. 3. Fostaflar yanıcı ve korrozif değildir. Bu nedenle kullanılmaları çok rahat ve emindir. Fosfatlar su kalitesi yönünden bakıldığı zaman da uygundur. Zira; 1. Polifosfatlar, zamanla fosfatlara dönüştüğünden, kompleksleştirme özelliğini tamamen kaybederler. Tripolifosfatların fosfatlara dönüşmesi bir hidroliz olayı olduğundan, atık suların arıtılması esnasında bile devam eder. 2. Atık su arıtılması işlemlerine herhangi bir etkisi yoktur.
3
3. Atık su temizlenmesi esnasında bu ortamdan tamamen alınır. 4. Yapısı ve kimyasal reaksiyonları yıllarca araştırılmış olduğundan, özellikleri her yönüyle iyice bilinmektedir. Fosfatın yerini alabilecek çok sayıda madde üzerinde çalışılmıştır demiştik. Bunlardan özellikle sodyum-sitrat ve sodyum nitrilotriasetat (NTA) üzerinde çok durulmuştur. Bunların yapıları şöyledir: CH2 - COONa
CH2 COONa
HO - CH - COONa
N — CH2 COONa
CH2 - COONa
CH2 COONa
Her ikisinin de iyi özellikleri tespit edilmiştir. Bu özellikler başlıca şöyledir: 1. 2. 3. 4.
Suda kolay çözünürler. Kalsiyum, magnezyum gibi iyonlarla sağlam kompleksler verirler. Kolay biyodegradasyona uğrar ve bunun sonucu kelat özelliğini kaybederler. Yeterince baziktirler.
Ancak, bütün bu iyi yönlerinin yanında, birincinin halen pahalı olması, ikincinin de tehlikeli olması gibi birer özellikleri vardır. İkinciyle fareler üzerine yapılan denemelerden maddenin kadmiyum bileşiğinin teratojenik (doğmamış yavrularda anormallik) olduğu ortaya çıkmıştır. Ayrıca bir mahsurlu yanı da anaerobik ortamda parçalanmaması, septik tanklarında birikmesi ve ağır metal iyonlarıyla çökelek vermesidir. Hali hazır kullanılma seviyesi itibariyle NTA'nın insanlar üzerine bir etkisinin olmayacağı kanaati hakimdir. Hayvanlar üzerine zararlı konsantrasyonu 1500-2000 ppm'dir. Buna rağmen NTA'de yasaklanmış olup, yasak devam etmektedir. Ancak bazı ülkelerde imalatı sürmektedir. Deterjan imalatçılarına göre fosfatın kısmen de olsa yerini alacak bir madde kullanıldığı takdirde bile, deterjan kullananlar eski standart temizliklerine ulaşabilmek için daha çok deterjan kullanmak zorunda kalacaklardır. Sonuç olarak atık sularda gene fosfat bulunacaktır. Bununla da kalmayacak kullanan kimse daha fazla para sarfetmiş olacaktır.
4
