Bazı denizel biyomateryallerin eldesi ve biyosorbent olarak kullanılması
Obtaining some marine biomaterials and using as biosorbent
Yazar: ERKAN UĞURLU
Danışman: PROF. DR. ÖNDER DUYSAK
İskenderun Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Su Ürünleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya = Chemistry ; Su Ürünleri = Aquatic Products
Dizin: Absorpsiyon = Absorption ; Adsorpsiyon = Adsorption ; Ağır metal giderimi = Heavy metal removal ; Ağır metaller = Heavy metals ; Kalsiyum aljinat = Calcium alginate ; Çevre kirliliği = Environmental pollution

Özet:
Bu çalışmada, istilacı denizkestanesi Diadema setosum' dan kolajen ve kahverengi makro alg Sargassum vulgare türünden aljinat elde edilmiştir. Elde edilen aljinat ile kolajen, aljinat ve farklı oranlarda AK1 (2:1) ve AK2 (3:1) boncukları hazırlanmıştır. Elde edilen bu biyomalzemeler ile sucul ekosistemde yaşayan canlılar ve insan sağlığı için toksik olan Pb (II) giderimi hedeflenmiştir. Giderim çalışmalarında, biysorban mekanizmasını etkileyen biyosorban dozajı, pH, temas süresi ve başlangıç çözeltilerinin biyosorpsiyon verimine etkileri incelenmiştir. Biyosorbent miktarının etkisinin belirlenmesi içi yapılan çalışmada, Pb (II) biyosorpsiyon verimi 0,75 g biyosorbent dozajında ise sırasıyla %92,64, %87,08 ve %88,68 ile en yüksek biyosorpsiyon verimine ulaşmıştır. pH 3, 4 ve 5 değerlikte giderim verimleri sırasıyla Aljnat; %67,92, %71,16 ve %76,52, AK1; %53,48, %48,96 ve % 48,52 ve AK2; %61,08, %55,52 ve %58,44 belirlenmiştir. Aljinat boncuklarında süre arttıkça parçalanma gözlenmiştir. AK1 boncuklarında parçalanma gözlenmemesinin yanı sıra, süre arttıkça AK1 boncuklarının boyutlarında büyüme (şişme) gözlenmiş, 360. dakikaya kadar Pb (II) giderimi devam etmiştir. Aljinat boncuklarında yapısal olarak parçalanmalar görülmüş, boyut ve şekil olarak da değişim tespit edilmiştir. AK1 boncuğundaki giderim 100, 200 ve 300 ppm için sırasıyla 2,44 ppm, 6,96 ppm ve 24,96 ppm tespit edilmiş, %96,2, %96,52 ve %91,68 giderim sağlanmıştır. Bu deney aşamasında da diğer deney aşamalarında olduğu gibi en az deformasyona uğrayan biyosorbentin AK1 boncukları olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle AK1 biyomalzemesinin asidik koşullarda Pb (II) içeren atık sulardan, Pb (II) uzaklaştırılması için potansiyel biyosorbent adayı olabilecek nitelikte olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca bu denizkestanesinin kabuk ve dikenlerinden kitin ve kitosan elde edilerek karakterizasyonları yapılmış, bu istilacı denizkestanesinin çeşitli alanlara entegre edilerek alternatif biyomateryal malzemeleri üretilmesi ile ekonomiye kazandırılması amaçlanmıştır. Böylece insan gıdası olarak tüketilmeyen ve ekonomik öneme sahip olmayan bu istilacı denizkestanesinin iç organlarından kolajen elde etmenin yanı sıra, kabuk ve dikenlerinden de faydalı biyomateryaller elde edilmiştir. Bir bütün olarak, farklı alanlarda kullanılabilecek farklı biyomalzemeler elde edilse de komple bir canlının farklı yöntemlerle işlenerek, neredeyse hiçbir atık olmaksızın biyomalzeme üretiminde kullanılması söz konusu olmuş ve böylece elde edilen bu farklı biyomalzemelerin ekonomiye kazandırılması olasılığı ortaya konmuştur. Bu durum hem ülke ekonomisine gelir sağlarken, farklı iş kollarının ileride oluşmasına olanak sağlayacağı gibi, ekolojik olarakda denizkestanesinin endemik türler üzerinde oluşturduğu baskının da kontrol altına alınmasını sağlayacaktır. 
Bu çalışma Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK 2211-C Yurtiçi Öncelikli Alanlar Doktora Burs Programı), Yükseköğretim Kurulu (100/2000 YÖK Doktora Bursu Programı) ve İskenderun Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü (2021LTP-03) tarafından desteklenmiştir.

Abstract:
In this study, collagen was obtained from the invasive sea urchin Diadema setosum and alginate from the brown macroalgae Sargassum vulgare. The resulting alginate and collagen, alginate and AC1 (2:1), and AC2 (3:1) beads were prepared. These biomaterials obtained in this study, it is aimed to remove Pb (II) from the aqueous solution, which is toxic to aquatic organisms and human health. In the removal studies, the effects of biosorbent dosage, pH, contact time and initial solution concentration, which affect the biosorption mechanism, on the biosorption efficiency were investigated. In the study carried out to determine the effect of biosorbent amount, Pb (II) biosorption efficiency increased with increasing biosorbent amount and reached the highest biosorption efficiency with 92.64%, 87.08%, and 88.68%, respectively, at 0.75 g biosorbent dosage. At pH 3, 4 and 5, the removal efficiencies were 67.92%, 71.16% and 76.52% for alginate, 53.48%, 48.96% and 48.52% for AC1, and 61.08%, 55.52% and 58.44% for AC2, respectively. As the time of alginate beads increased, fragmentation occurred was observed. No degradation was observed in the AC1 biosorbent, and as the time increased, the size of the AC1 beads increased (swelled). However, structural fragmentation was observed in alginate beads. In addition, changes in size and shape were detected. Removal of AC1 bead was determined as 2.44 ppm, 6.96 ppm and 24.96 ppm for 100, 200 and 300 ppm, respectively. The removal rates were calculated as 96.2%, 96.52% and 91.68%, respectively. It was determined that AC1 beads were the least deformed biosorbent in this experimental stage, as in the other experimental stages. For this reason, it has been determined that AC1 biomaterial can be a potential biosorbent candidate for the removal of Pb (II) from wastewater containing Pb (II) under acidic conditions. In addition, chitin and chitosan were obtained from the testa and spines of the invasive sea urchin D. setosum, and it was aimed to integrate this invasive sea urchin into the economy by producing alternative biomaterial materials. Thus, in addition to obtaining collagen from D. setosum, which is not consumed and has no economic importance, useful bio-materials were obtained from its testa and spines. As a whole, although different biomaterials that can be used in different fields are obtained, a complete living thing has been processed with different methods and used in the production of biomaterials with almost no waste. In addition, the possibility of bringing these different biomaterials to the economy has been revealed. This situation will not only provide income to the country's economy, but also allow the formation of different business lines in the future, and will ensure that the population pressure of the sea urchin on endemic species using similar habitats will be controlled ecologically. 
This study was supported by the Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK-2211/C National PhD Scholarship Program for Priority Areas), Council of Higher Education (100/2000 PhD scholarship program) and Iskenderun Technical University Scientific Research Projects Coordinatorship (2021LTP-03).