Sulu çözeltiden bazı boyarmadde ve ağır metallerin adsorpsiyonu için çeşitli bitkisel atıklardan yeni tür biyosorplayıcılar hazırlanması ve karakterize edilmesi
Preparation of novel biosorbents from various agricultural wastes for removal of some dyestuffs and heavy metals from aqueous solutions and their characterization
Yazar: GÜLBAHAR AKKAYA
Danışman: PROF. DR. FUAT GÜZEL
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, bu alandaki dünya literatürlerine katkı sağlamak amacıyla maydanoz sapları,salatalık ve karpuz çekirdeği kabukları gibi evsel bitkisel atıklar yeni tür biyosorplayıcı olarak kullanıldı. Sulu çözeltiden adsorplama yeteneklerini test etmek üzere metilen mavisi (katyonik), reaktif siyah 5 (anyonik) ve direkt mavi 71 (anyonik) ile bakır ve kurşun gibi farklı iyonik karakterli kirleticiler adsorplanan olarak kullanıldı. Uzaklaştırma verimlerini optimize etmek için çözelti pH'ı, biyosorplayıcı dozu, adsorplanan başlangıç derişimi, zaman, sıcaklık ve iyonik kuvvet etkileri gibi çeşitli parametrelerin etkileri incelendi. Anyonik karakterli reaktif siyah 5 ile direkt mavi 71'in kullanılan biyosorplayıcılar üzerinde yok denecek kadar az olan adsorpsiyonunu arttırmak için adsorplayıcı yüzeyleri kimyasal olarak modifiye edildi. Adsorpsiyon kinetiği ve denge modellemesi için değişik sıcaklıklarda kinetik ve izoterm çalışmaları yapıldı. Elde edilen kinetik veriler, yaygın olarak kullanılan yalancı birinci dereceden, yalancı ikinci dereceden ve parçacık içi difüzyon kinetik modellerinin bağıntılarında değerlendirilerek hız parametreleri ve korelasyon katsayıları belirlendi. Korelasyon katsayılarının büyüklüğünden kinetik model tespiti yapıldı. İzoterm verileri ise yaygın olarak kullanılan Langmuir ve Freundlich izoterm modellerinin bağıntılarında değerlendirilerek, adsorpsiyon denge sistemine ilişkin izoterm parametreleri ile korelasyon katsayıları belirlendi. Korelasyon katsayılarının büyüklüğünden izoterm modelleme tespiti yapıldı. Ayrıca denge izoterm verilerinin Langmuir çizgisel denkleminde değerlendirilmesi sonucu belirlenen b- Langmuir sabitlerinden ve Van't Hoff denkleminden yaralanarak adsorpsiyon serbest entalpi, entalpi ve entropi gibi termodinamik parametreler hesaplandı. Kullanılan kirleticilerin kullanılan biyosorplayıcılar üzerinde tutunma mekanizmalarını aydınlatmak üzere adsorpsiyon öncesi ve sonrası yüzey fonksiyonel gruplarını ve morfolojisi ile sıfır yüklerini belirlemek için sırasıyla FTIR ve SEM spektroskopik analizleri ile sıfır yük belirleme çalışmaları yapıldı. Ayrıca kirleticileri geri kazanmak için su ve çeşitli asit ve bazları içeren desorbentlerle desorpsiyon çalışmaları yapıldı. Deneysel sonuçlar, kullanılan biyosorplayıcıların sulu çözeltiden metilen mavisi gibi katyonik boyarmaddeler ile bakır ve kurşun gibi ağır metallerin uzaklaştırılmasında doğal hallerinin düşük maliyetli adsorplayıcı olarak kullanılabileceğini ayrıca anyonik kirleticilerin uzaklaştırılmasında ise yüzeyin modifiye edilmesi gerektiğini göstermiştir.

Abstract:
In this study, for the purpose of contributing to the literature, some domestic wastes such as parsley stalks, cucumber peels and watermelon seed hulls were used as novel biosorbents. Inorder to test the adsorption capabilities of the biosorbents, methylene blue (cationic), reactive black 5 (anionic), direct blue 71 (anionic), copper and lead that have different ionic characterswere used as adsorbates. To optimize the removal efficiencies, the effects of solution pH, biosorbent dose, adsorbate initial concentration, temperature and ionic strength were studied. Asreactive black 5 and direct blue 71 are anionic dyes, the biosorption of these dyes were too low. Hence, in order to enhance the adsorption of reactive black 5 and direct blue 71, the biosorbent surfaces were modified chemically. Kinetic and isotherm studies were carried out for modelling the adsorption kinetics and equilibrium. The kinetic data were evaluated using common kinetic models such as pseudo first order, pseudo second order and intraparticle diffusion models. Rate parameters and correlation coefficients were determined. Correlation coefficients were taken account of determining the kinetic model. Isotherm data were evaluated using Langmuir and Freundlich isotherm models and isotherm parameters and correlation coefficients were determined. Also, Langmuir constants and Van?t Hoff equation were used to calculate the thermodynamic parameters such as free enthalpy, enthalpy and entropy. In order to highlight the adsorption mechanism of the contaminants on the biosorbents, surface functional groups were determined by FTIR, surface morphologies were analyzed by SEM technique before and after adsorption. Also, point of zero charges were determined. In addition, desorption studies were carried out by water and different acid and bases for recovery of the contaminants. Experimental studies indicated that, the biosorbents used in this study could be used as low cost adsorbents for removal of cationic dyes and heavy metals such as copper and lead. Futhermore, the experimental studies pointed out that, in order to remove the anionic contaminants, the surfaces of the biosorbents must be modified.