Metilen mavisi boyasının sulu çözeltilerden susam küspesi kullanılarak adsorpsiyonu ve yanıt yüzey metodu ile optimizasyonu
Adsorption of methylene blue dye on sesame seed cake from aqueous solutions and optimization by response surface methodology
Yazar: DAVUT GÜNDÜZ
Danışman: PROF. DR. BELMA ÖZBEK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Metilen mavisi = Methylene blue ; Sorpsiyon izotermleri = Sorption isotherms ; Susam tohumu = Sesame seed

Özet:
Metilen mavisi, kolay uygulanabilirliği ve dayanıklılığı nedeni ile pamuk, odun ve ipeğin renklendirilmesinde kullanılan katyonik boyalardan biridir. Farklı sanayi dallarında kullanılan ve zararları olan metilen mavisi boyasının sulu çözeltilerden uzaklaştırılması için membran, flokülasyon, elektrokimyasal oksidasyon ve adsorpsiyon gibi çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Bu yöntemler arasında adsorpsiyon işlemi, metilen mavisinin giderilmesinde etkili bir yöntem olarak kullanılmaktadır. Adsorpsiyon işlemi için; verimli, düşük maliyetli ve çevre dostu bir adsorban kullanımı kritik bir öneme sahiptir.
Bu çalışmada, metilen mavisinin sulu çözeltiden uzaklaştırılması için adsorban olarak; çevre dostu, düşük maliyetli ve tarımsal bir atık olan susam küspesi seçilmiştir. Susam küspesinin adsorpsiyon kabiliyeti, farklı sıcaklık (T), farklı pH ve farklı adsorban dozajı (AD) değerlerinde incelenmiştir. Design Expert programı kullanılarak, susam küspesinin boya giderimi deneylerinden elde edilen veriler Yanıt Yüzey Metodolojisi (RSM) ile optimize edilmiştir. Sulu çözeltilerdeki başlangıç metilen mavisi boya konsantrasyonu 200 ppm değerinde sabit tutularak, farklı sıcaklık, pH ve adsorban dozajı değerlerinde 25 dakika süresince adsorpsiyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda, optimum proses parametreleri; 20 °C sıcaklık, pH 9 ve 2 g/100 mL adsorban dozajı olarak belirlenmiştir. Optimum proses şartlarında elde edilen metilen mavisi giderimi %92.26 ve birim adsorban başına adsorplanan metilen mavisi miktarı (qe) ise 9.23 mg/g olarak bulunmuştur. Adsorpsiyon izoterm çalışmaları için Langmuir, Freundlich ve Temkin izoterm modelleri incelenmiş olup deneysel veriler ile en uyumlu izoterm modelinin Freundlich modeli
olduğu tespit edilmiştir. Bununla birlikte, adsorpsiyon kinetik çalışmaları için; Yalancı
birinci dereceden kinetik model, Yalancı ikinci dereceden kinetik model, Partikül içi difüzyon kinetik modeli ve Elovich kinetik modeli incelenmiş olup deneysel veriler ile en uyumlu kinetik modelin Yalancı ikinci dereceden kinetik model olduğu tespit edilmiştir.
Sonuç olarak; elde edilen bulgular, metilen mavisi boyasının sulu çözeltilerden uzaklaştırılması için adsorban olarak kullanılan susam küspesinin oldukça kısa sürede yüksek giderim performasına sahip olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Methylene blue is one of the cationic dyes used in the coloring of cotton, wood and silk due to its easy application and durability. Methylene blue dye which is used in various industries needs to be removed by applying various methods such as membrane, flocculation, electrochemical oxidation and adsorption due its toxic effects which causing the environmental pollution. Among the mentioned methods which applied for removing methylene blue dye, the adsorption process is an effective method. For the adsorption process; it is critical issue that to use an adsorbent which is efficient, low-cost, environmentally friendly and etc.
In this present study, for removing process of methylene blue dye from aqueous solutions, sesame seed cake was chosen as the adsorbent due to its desirable properties such as environmentally friendly, low cost, agricultural waste and etc. Adsorption capacity of sesame seed cake was investigated in various process values such as temperature (T), pH and adsorbent dosage (AD). The data obtained from the dye removal experiments by using sesame seed cake was evaluated by using Design Expert program and optimized with respect to Response Surface Methodology (RSM).
The initial methylene blue dye concentration in aqueous solutions was kept constant at 200 ppm and adsorption experiments were carried out for 25 minutes at various temperature, pH and adsorbent dosage values. As a result of the experiments, the optimum process parameters were obtained as 20 °C of temperature, pH 9 and 2 g/100 mL of adsorbent dosage. The methylene blue removal rate obtained at optimum process conditions was 92.26% and the amount of methylene blue adsorbed in g adsorbent (qe)
was found as 9.23 mg/g.
For the adsorption isotherm studies, Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm models were investigated and it was determined that the most suitable isotherm model was found as the Freundlich isotherm model. However, for the adsorption kinetic studies; Pseudo first-order kinetic model, Pseudo second-order kinetic model, Intra-particle diffusion kinetic model and Elovich kinetic model were investigated and it was determined that the most suitable kinetic model with the experimental data was found as Pseudo second-order kinetic model.
As a conclusion, the findings obtained from the present study indicated that the sesame seed cake used as an adsorbent for removing process of methylene blue dye from aqueous solutions had a high removal performance in a really short time.