İyot Sayısı

İyot sayısı, aktif karbonun sulu çözeltiden iyot (I₂) adsorplama kapasitesini ifade eden, pratikte aktif karbonun “aktivasyon düzeyini” ve gözeneklilik karakterini hızlıca kıyaslamak için kullanılan bir kalite/performans göstergesidir.^[1] Standart tanıma göre iyot sayısı, belirli test koşullarında 1 gram aktif karbonun adsorpladığı iyot miktarının miligram cinsinden ifadesidir (mg/g).^[1]

Uygulamada “düşük molekül ağırlıklı maddelerin adsorpsiyonu” ile ilişkilendirilmesinin temel nedeni, iyodun küçük bir molekül olarak aktif karbonun özellikle mikrogözenek (micropore) hacmi ve iç yüzey alanına duyarlı bir prob gibi davranabilmesidir. Mikrogözenek, IUPAC tanımına göre genişliği yaklaşık 2,0 nm’yi aşmayan gözenektir.^[5]

Tanım ve Birim

İyot sayısı çoğunlukla mg I₂/g karbon olarak raporlanır. ASTM D4607 kapsamında, sulu iyot çözeltisinden adsorplanan iyot miktarı ölçülür ve test koşullarına bağlı olarak göreli bir aktivasyon/porozite göstergesi elde edilir.^[1]

Literatürde ve yöntem özetlerinde iyot sayısı, çoğu zaman “filtratın (kalan çözeltinin) belirli bir iyot derişiminde tutulduğu” bir referans noktasında mg/g olarak ifade edilir; örneğin ASTM D4607’ye dayalı uygulamalarda filtrat için 0,02 N seviyesinin referans alındığı belirtilir.^[3]

Tarihçe ve Endüstriyel Önemi

İçme suyu ve endüstriyel su arıtımında granül aktif karbon (GAC) seçimi ve tedarikinde, iyot sayısı uzun süredir “hızlı bir kıyas ölçütü” olarak kullanılır. AWWA B604 (Granular Activated Carbon) standardı kapsamında satın alma dokümanlarında alıcının belirleyebileceği gereklilikler arasında iyot sayısı gereksinimi özellikle vurgulanır; ayrıca iyot sayısı, tanen değeri ve asetoksim adsorpsiyon testi gibi “surrogate” testlerin sınırlı birer gösterge olduğu not edilir.^[2]

Bu bağlamda iyot sayısı, tek başına “hangi kirleticiyi ne kadar iyi tutar” sorusunun doğrudan cevabı değildir; daha çok karbonun gözenek yapısına dair hızlı bir sinyal üretir ve proses özelinde mutlaka saha/kolon testleriyle doğrulanması önerilir.^[2]

Mekanizma / Prensipler

Aktif karbon, çok yüksek iç yüzey alanına sahip gözenekli bir karbon matriksidir. İyot sayısı ölçümü, iyot moleküllerinin bu matriksin gözeneklerine difüze olup adsorplanması prensibine dayanır. Küçük moleküller, özellikle mikrogözenek ağının “etkin” iç yüzey alanına duyarlı olduğundan, iyot sayısı sıklıkla mikrogözeneklilikle ilişkilendirilir.^[5][1]

Ancak standartlar, iyot sayısının porozitenin göreli bir göstergesi olduğunu ve karbonun başka tür kimyasalları adsorplama kapasitesini doğrudan ölçmediğini açıkça belirtir. Ayrıca bazı aktif karbon türlerinde iyot sayısı ile yüzey alanı arasında yaklaşık bir ilişki kurulabilse de bu ilişkinin genellenemeyeceği vurgulanır.^[1]

AWWA B604’ün önsözünde de iyot sayısının “toplam yüzey alanı için bir gösterge” gibi görülebildiği, fakat ASTM D4607’de belirtildiği şekilde bunun genel bir kural olmadığı; hammadde, üretim koşulları ve gözenek hacmi dağılımına göre ilişkinin değiştiği ifade edilir.^[2]

Ölçüm Yöntemi Özeti

İyot sayısı tayini, yaygın olarak ASTM D4607 çerçevesinde tanımlanan deney akışıyla yapılır: belirli normalitede iyot çözeltisi aktif karbonla temas ettirilir, temas sonrası çözeltide kalan iyot miktarı belirlenir ve adsorplanan iyot kütlesi hesaplanır.^[1] ASTM D4607’ye dayalı uygulamalarda, yöntemin “üç noktalı izoterm” yaklaşımını kullandığına ve filtrat iyot derişimi için 0,02 N referansının pratikte anıldığına dair özetler literatürde yer alır.^[3]

Deneysel olarak kalan iyodun ölçümünde, iyodun tiyosülfat ile indirgenmesine dayanan titrasyon kimyası kullanılır. Temel tepkime aşağıdaki gibi gösterilebilir:

$$ \mathrm{I_2 + 2\,S_2O_3^{2-} \rightarrow 2\,I^- + S_4O_6^{2-}} $$

İyot sayısının hesap mantığı, kütle dengesiyle “başlangıç iyodu − çözeltide kalan iyot” farkının karbon kütlesine bölünmesi şeklinde özetlenebilir. Kavramsal ifade şu şekilde yazılabilir:

$$ \mathrm{IN = \frac{(m_{I_2,0} – m_{I_2,e})}{m_c}} $$

Burada IN iyot sayısı (mg/g), m_I₂,0 başlangıç iyot kütlesi (mg), m_I₂,e denge sonrası çözeltide kalan iyot kütlesi (mg) ve m_c karbon kütlesidir (g). Standardın ayrıntılı hesap adımları, çözelti normalitesi, hacim ve titrasyon verilerine göre ASTM D4607’de tanımlanır.^[1]

Türler / Sınıflandırma

İyot sayısı tek bir “test çıktısı” olsa da, mühendislikte çoğunlukla şu bağlamlarda sınıflandırılarak değerlendirilir:

• Ürün kalite spesifikasyonu: Tedarikçi teknik föylerinde minimum iyot sayısı (ör. mg/g cinsinden) bir ürün spesifikasyonu olarak verilebilir.^[4]
• Hammadde/üretim kökenine bağlı yorum: ASTM, iyot sayısı-yüzey alanı ilişkisinin genellenemeyeceğini; ilişkinin hammadde, üretim koşulları ve gözenek dağılımıyla değiştiğini belirtir.^[1]
• Surrogate test ailesi içinde konum: AWWA B604, iyot sayısını tanen değeri ve asetoksim testleri gibi diğer surrogate testlerle birlikte, sınırlı birer gösterge olarak ele alır.^[2]

Karşılaştırma Tablosu

Uygulama Alanları

İyot sayısı doğrudan bir proses tasarım parametresi olmaktan çok, aşağıdaki alanlarda “seçim ve kontrol” amacıyla kullanılır:

• Tedarik ve kabul kriterleri: GAC satın alma dokümanlarında iyot sayısı gereksiniminin belirtilebilmesi ve partiler arası kalite kıyaslaması.^[2]
• Ürün teknik spesifikasyonu: Üreticilerin teknik föylerinde minimum iyot sayısı değerlerinin ilan edilmesi (ör. 1050 mg/g gibi).^[4]
• Reaktivasyon ve parti kıyası: ASTM D4607, “kullanılmamış veya reaktive edilmiş” karbonların aktivasyon seviyesini göreli olarak değerlendirme amacını vurgular.^[1]

Su arıtımında gerçek kirletici giderim performansı; hedef bileşiklerin kimyasal yapısına, karbonun gözenek dağılımına, yatağın işletme koşullarına ve su matriksine (rekabetçi adsorpsiyon, doğal organikler, sıcaklık vb.) bağlıdır. Bu nedenle AWWA B604, iyot sayısı gibi surrogate testlerin her uygulamada “tek başına yeterli performans göstergesi” olmayabileceğini vurgular.^[2]

Avantajlar ve Dezavantajlar

Avantajlar

• Hızlı kıyas imkânı: Aktivasyon düzeyi/porozite hakkında kısa sürede göreli bir karşılaştırma sağlar.^[1]
• Satın alma ve kalite kontrolüne uygun: Standartlaşmış bir test yaklaşımıyla tedarikçi partilerinin teknik olarak kıyaslanmasına yardımcı olur.^[2]

Dezavantajlar

• Uygulamaya özgü performansı tek başına temsil etmez: Standart, iyot sayısının başka tür türdeş olmayan adsorplananlara genellenemeyeceğini ve bazı bileşenlerin ölçümü etkileyebileceğini belirtir.^[1]
• Yüzey alanı ilişkisi sınırlıdır: Bazı karbonlarda bir yaklaşım sağlasa da, ilişki hammadde ve gözenek dağılımına bağlıdır ve genellenemez.^[1][2]

Gelecek Perspektifi

İyot sayısı, aktif karbon karakterizasyonunda pratik ve yerleşik bir gösterge olmaya devam ederken; uygulama performansını daha iyi öngörmek için gözenek dağılımı, yüzey kimyası ve gerçek su matriksi altında yapılan kolon testleri gibi tamamlayıcı yaklaşımlarla birlikte değerlendirilmesi gerektiği vurgulanmaktadır. AWWA B604, surrogate testlerin sınırlı olduğunu ve uygulama koşullarına özgü testlerle doğrulamanın önemini özellikle belirtir.^[2]