Alum çamuru kullanılarak reaktif boyarmadde giderimi
Removal of reactive dye by using alum sludge
Yazar: NAZAN BÜKER
Danışman: PROF. DR. NİLGÜN BALKAYA
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Reaktif boyarmaddeler mükemmel renk haslığı, kolay uygulanabilirliği ve parlak renkleriyle tekstil endüstrisinde yaygın olarak kullanılırlar. Ama çoğu reaktif boyarmadde toksik veya kanserojen etkiye sahiptir. Boyarmadde içeren atıksuları geleneksel atıksu arıtma yöntemleri ile arıtmak oldukça zordur. Adsorpsiyon yöntemi atıksulardan boyarmadde giderimi için basit, ucuz ve etkili fiziksel bir süreçtir. Bu nedenle adsorpsiyon yöntemi atıksulardan boyarmadde gideriminde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bu çalışmada, Remazol Blue RR (RB) boyarmaddesinin modifiye edilmemiş alum çamuru (AÇ) ve katyonik sürfaktan ile modifiye edilen alum çamuru (M-AÇ) tarafından giderimi kesikli sistemde çalışılmıştır. Kullanılan yüzey aktif madde hekzadesil trimetil amonyumdur (HDTMA).
RB' nin modifiye edilmiş ve modifiye edilmemiş alum çamuru adsorpsiyonuna, pH' ın, temas süresinin, sıcaklığın, başlangıç boyarmadde konsantrasyonunun, tuzluluk etkisi ve adsorban dozajının etkileri araştırılmıştır. Deneysel verilerin Langmuir, Freundlich ve D-R izotermlerine ve kinetik modellere uygunluğu araştırılmış, termodinamik hesaplamalar yapılmıştır. FT-IR analizleri ile adsorpsiyon mekanizması tanımlanmıştır. SEM-EDS analizleri morfolojik tayin için kullanılmıştır. Adsorban karakterizasyonu için yüzey alanı ölçümleri yapılmıştır. Belirlenen optimum deneysel koşullarda, gerçek atıksu ve sentetik atıksu kullanılarak gerçekleştirilen adsorpsiyon çalışmaları sonucunda elde edilen giderim verimleri birbiriyle karşılaştırılmıştır.

Deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen verilerden RB adsorpsiyonu için alum çamurunun optimum pH değeri 2, modifiye edilmiş alum çamurunun optimum pH değeri ise 6 olarak belirlenmiştir. Alum Çamuru (AÇ) için optimum temas süresi 90 dk., modifiye edilmiş alum çamuru (M-AÇ) için temas süresi 60 dk. olarak seçilmiştir. Başlangıç RB konsantrasyonunun, sıcaklığın ve adsorban dozajının artmasıyla, alum çamurunun ve modifiye alum çamurunun adsorpsiyon kapasiteleri artmıştır. Her bir adsorban için tuz konsantrasyonu arttıkça adsorpsiyon kapasitesi düşmüştür. Kinetik çalışmalar, tüm adsorban örnekleri için yalancı ikinci derece kinetik modelin yalancı birinci derece kinetik modele göre daha iyi uyduğunu göstermiştir.
30 g/L AÇ, 240 dakikalık temas süresi ve 150 rpm çalkalama hızında AÇ ile sentetik atıksudan RB giderim verimi % 54.36 ve adsorpsiyon kapasitesi (q) 0.453 mg/g, gerçek atıksuda ise RB giderim verimi % 49.4 ve adsorpsiyon kapasitesi (q) 0.411 mg/g olarak belirlenmiştir.
5 g/L M-AÇ, 240 dakikalık temas süresi ve 150 rpm çalkalama hızında M-AÇ ile sentetik atıksudan RB giderim verimi % 94.45 ve adsorpsiyon kapasitesi (q) 4.222 mg/g, gerçek atıksuda ise RB giderim verimi % 73.98 ve adsorpsiyon kapasitesi (q) 3.699 mg/g olarak bulunmuştur.
İzoterm çalışmaları sonucunda AÇ üzerine RB adsorpsiyonunun, Freundlich izotermine D-R izoterminden daha çok uyduğu, M-AÇ üzerine RB adsorpsiyonunun ise Langmuir izotermine diğer izotermlerden daha çok uyduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Reactive dyes are widely used in textile industry due to their bright colors, excellent colour fastness and easy applicability. But most of the reactive dyes have toxic and carcinogenic effects. Removal of reactive dyes from waste water is difficult by conventional physicochemical treatment methods. Adsorption is an effective, simple, physical process for the removal of dyestuffs from waste waters. So adsorption proces is widely used technic for the removal of dyestuffs from waste waters.
In this study, the removal of Remazol Blue RR (RB) from aqueous solution by cationic surfactant-modified alum sludge and unmodified alum sludge was studied in a batch system. The surfactant used was hexadecyltrimethylammonium (HDTMA).
The effects of pH, contact time, initial dye concentration, adsorbent dose, salt effect, and temperature on the adsorption of RB onto modified and unmodified alum sludge were investigated. Langmuir, Freundlich, D-R isotherms, kinetic models and thermodynamic data were calculated with experiment results. The adsorption mechanism was described with FT-IR analysis at adsorption method. SEM-EDS analysis was used for the morphologic determinations. The surface area measurement was made for adsorbent characterization. Then removal efficiencies which are detected with kinetic experiments for textile industrial wastewater and synthetic wastewater was compared and was discussed each other.
It was determined depending on the results obtained after experiments that the optimum pH value was 2 for adsorption by alum sludge and 6 for adsorption by modified alum sludge. The optimum contact time was determined to be 90 min for alum sludge, 60 min
for modified alum sludge. The adsorption capacities of alum sludge and modified alum sludge increased with increasing initial dye concentration, temperature and adsorbent dosage. The increasing value of salt concentration decreased the adsorption capasity of each both adsorbent. Kinetic studies showed that pseudo second order kinetic model well fitted than pseudo first order kinetic model to all the adsorbent samples.
At adsorban dosage of 30 g/L, contact time of 240 minutes and shaking speed of 150 rpm, the removal of RB from synthetic wastewater by using AS was found to be % 54.36 and adsorption capacity of AS was found to be 0.453 mg/g. On the other hand, at same experimental conditions with synthetic wastewater the removal of RB from textile wastewater by using AS was found to be % 49.4and adsorption capacity of AS was found to be 0.411 mg/g.
At adsroban dosage of 5 g/L,contact time of 240 minutes and shaking speed of 150 rpm the removal of RB from synthetic wastewater by using M-AS was found to be % 94.45 and adsorption capacity of M-AS was found to be 4.222 mg/g. On the other hand, at same experimental conditions with synthetic wastewater the removal of RB from textile wastewater by using M-AS was found to be % 73.98 and adsorption capacity of M-AS was found to be 3.699 mg/g.
Adsorption of RB on alum sludge was expressed better with Freundlich adsorption equation than D-R adsorption equation. Also, adsorption of RB using modified alum sludge was expressed better with Langmuir adsorption equation than the other.