Subkritik su ortamında katı gıda atığından hidrokömür sentezlenmesi ve sulardan kristal viyole boyasının gideriminde performansının değerlendirilmesi
Synthesis of hydrochar from solid food waste in subcritical water medium and evaluation of its performance in the removal ofcrystal violet dye from water
Yazar: SAMER KHALAF
Danışman: DOÇ. DR. ERDAL YABALAK
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fen Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Atıkları yüksek katma değeri olan malzemelere dönüştürme fikri, yalnızca atıkların geri
dönüştürülmesiyle elde edilen avantajlar için değil, aynı zamanda yeni teknolojileri, geçim kaynaklarını
ve işleri genişletme kabiliyeti sunduğu için de önemlidir. Bu, gelecekte sürdürülebilir bir yaşam tarzına
katkı sağlar. İnsanların ve hayvanların, özellikle su canlılarının sağlığını tehdit eden sentetik boyaların
sudan uzaklaştırılması, günümüzde giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Bu nedenle, bu boyalardan
suyu arındırmak için güçlü, çevre dostu ve ilerici stratejiler geliştirilmelidir. Öte yandan, organik gıda
atıkları çevre kirliliğine neden olmakta ve etkili bertaraf stratejileri gerektirmektedir.
Bu çalışmada her iki mühim soruna aynı anda etkili bir metot sunmuştur. Hem katı besin atığı
olan maydanoz saplarının katma değeri yüksek olan hidrokömüre dönüşümü sağlanmıştır, hem de bu
hidrokömür, bir çevresel kirletici olan, azo boyar boyaları temsilen, Kristal Viyole (KV) boyasının
sulardan gideriminde kullanılmıştır. Sfalerit (SF) ve manyetit (MAG) cevherleri, fotokatalitik
özelliklerinden yararlanılarak oksidasyonu aktifleştirmek ve doğal kaynaklar kullanarak sudan boyaları
yan etki olmadan uzaklaştırmak için kullanılmıştır.
Bu tez çalışmasında, maydanoz saplarından elde edilen hidrokömürlerin (HK) sentezi, HK'lere
SF ve MAG doplanması ve ham HK ile SF ve MAG doplanmış HK'lerin kristal viyole (KV) boyasının
sudan giderimi araştırılmıştır. UV ışınımı altında H2O2 oksidantının SF ve MAG doplanmış HK'lerin
fotokatalitik etkisi hidroksil radikallerine dönüştürülmesi ve en nihayetinde KV'nin sudan giderimi
kapsamlı olarak incelenmiştir. Birçok parametrenin etkisinin belirlenmesi ve diğer parametreler ile
etkileşiminin ortaya konulabilmesi için çeşitli ön denemeler yapılmış olup, bu ön denelerden elde edilen
veeiler ile Cevap Yüzey Metodu'nun Merkezi Kompozit Tasarımı'nda deney programları tasarlanmıştır.
Bu tasarımlar sayesinde her bir yöntem geniş kapsamlı olarak değerlendirilmiş olup optimum giderim
koşlulları belirlenmiştir. Gerçekleştirilen deneylerde, UV/H2O2/HK-SF ve UV/H2O2/HK-MAG
kombinasyonları ile yüksek KV giderim verimliliği elde edilmiştir. Farklı yöntemlerin renk giderim
verimliliği incelendiğinde, SF doplanmış HK ile yapılan fotokatalitik oksidasyonda 200 ppm
H2O2,0,375 g/L SF ve 1,125 g/L HK kullanıldığında, 68.75 dk'lık işlem süresinde %69,4 KV renk
gidrimi elde edilmiş olup, MAG doplanmış HK ile yapılan fotokatalitik oksidasyonda 600 ppm H2O2,
1,5 g/L MAG ve 0,375 g/L HK kullanıldığında 60 dk'lık işlem süresinde %81 KV renk gidrimi elde
edilmiştir. MAG'in manyetik özellikleri sayesinde, işlem sonrası kolay bir şekilde ayrılabilmesi, bu
yöntemi daha avantajlı kılan diğer bir faktördür.
Ayrıca, sentezlenen HK, HK-SF ve HK-MAG örneklerinin karakterizasyonu için SEM-EDX ve
FT-IR analizleri yapılmış, bu analizler sayesinde elde edilen materyallerin yapısal ve yüzeysel
özellikleri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Bu karakterizasyon çalışmaları, HK'lerin ve SF ve MAG
doplanmış HK'lerin KV giderim süreçlerindeki rollerini ve potansiyellerini anlamamıza katkı
sağlamıştır.

Abstract:
The idea of converting waste into high-value materials is important not only for the advantages
gained from recycling waste but also for its potential to introduce new technologies, expand livelihoods,
and create jobs. This contributes to a sustainable lifestyle in the future. The removal of synthetic dyes
from water, which threatens the health of both humans and animals, especially aquatic life, is becoming
increasingly important today. Therefore, powerful, eco-friendly, and progressive strategies need to be
developed to purify water from these dyes. On the other hand, organic food waste causes environmental
pollution and requires effective disposal strategies.
This study presents an effective method to address both significant issues simultaneously. It
involves converting solid food waste, such as parsley stems, into high-value hydrochar, and using this
hydrochar for the removal of a water pollutant, represented by Crystal Violet (CV) dye. Sphalerite (SF)
and magnetite (MAG) ores are utilized to activate oxidation through their photocatalytic properties and
to remove dyes from water using natural resources without side effects.
The thesis investigates the synthesis of hydrochars (HC) obtained from parsley stems, doping
HC with SF and MAG, and the removal of CV dye from water using raw HC and SF- and MAG-doped
HCs. Under UV irradiation, the photocatalytic effect of SF and MAG-doped HCs, which converts the
H2O2 oxidant into hydroxyl radicals, and ultimately the removal of CV from water, has been
comprehensively studied. Various preliminary trials were conducted to determine the effects of multiple
parameters and their interactions, and experimental programs were designed using the Central
Composite Design of Response Surface Methodology based on the results of these preliminary trials.
These designs allowed for a comprehensive evaluation of each method and the determination of
optimum removal conditions. High CV removal efficiencies were achieved with UV/H2O2/HC-SF and
UV/H2O2/HC-MAG combinations in the experiments. When using 200 ppm H2O2, 0.375 g/L SF, and
1.125 g/L HC in photocatalytic oxidation with SF-doped HC, 69.4% CV removal was achieved in 68.75
minutes. In photocatalytic oxidation with MAG-doped HC, using 600 ppm H2O2, 1.5 g/L MAG, and
0.375 g/L HC, 81% CV removal was achieved in 60 minutes. The magnetic properties of MAG, which
allow for easy separation after the process, make this method even more advantageous.
Furthermore, SEM-EDX and FT-IR analyses were conducted for the characterization of
synthesized HC, HC-SF, and HC-MAG samples. These analyses provided detailed insights into the
structural and surface properties of the obtained materials, contributing to the understanding of the roles
and potentials of HKs and SF- and MAG-doped HCs in the CV removal processes.