Boyar maddelerin doğal adsorbentler ile giderimi
Removal of dyestuffs with natural adsorbents
Yazar: MERYEM GÖREN
Danışman: PROF. DR. ATİLLA MİRATİ MURATHAN ; DOÇ. DR. NİHAN KAYA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Aktif karbon = Activated carbon ; Aktivasyon enerjisi = Activation energy ; Kozalak = Cone ; Rodamin = Rhodamine

Özet:
ÖZET
Bu çalışmada tarımsal bir atık olan çam kozalakları kullanılarak Rodamin B boyasının sulu çözeltiden giderimi araştırılmıştır. Deneysel çalışmada işlem görmemiş çam kozalağı ayrı ayrı HNO3, KOH ve NaOH kullanılarak kimyasal yolla ve ısıl olarak aktifleştirilmiştir. Ayrıca ısıl işlemle aktifleştirilen çam kozalağı ayrı ayrı ZnCl2, H3PO4, H2SO4 ve KOH ile muamele edilerek kimyasal olarak ta tekrar aktifleştirildi. Rodamin B boyasının HNO3 ile kimyasal olarak aktifleştirilen çam kozalağı üzerine adsorpsiyonunun, ısıl olarak aktifleştirilenden daha etkili olduğu görülmüştür. Ayrıca aktifleştirmede kullanılan kimyasal ajanlar arasında, asidik olanların bazik olanlara göre daha etkili olduğu görülmektedir. Asidik aktifleştirme adsorbanın adsorpsiyon kapasitesini arttırmıştır. Çam kozalağının ısıl aktivasyon sırasında yüksek sıcaklık sebebiyle organik yapısının bozulduğu düşünülmekte olup bu nedenle boya gideriminin azaldığı kanaatine varılmıştır. Deneysel olarak elde edilen tüm verilerin izoterm denklemlerine uygulanmasıyla elde edilen grafiklere dayalı olarak HNO3 ile aktifleştirilen çam kozalağı ve ısıl olarak aktifleştirilen çam kozalağı ile adsorpsiyon işleminin en iyi Langmuir izoterm modeli ile uyum gösterdiği bulunmuştur. HNO3 ile aktifleştirilen çam kozalağı için adsorpsiyonu en iyi açıklayan kinetik model olarak R2 korelasyon katsayısı değerlerine göre, yalancı ikinci derece kinetik model belirlenmiştir. Termodinamik parametreler; HNO3 ile aktifleştirilen çam kozalağı için Gibbs serbest enerji değişimi (ΔGo), standart entalpi değişimi (ΔHo) ve standart entropi değişimi (ΔSo), adsorpsiyon işleminin endotermik olduğunu göstermiştir. Gibbs serbest enerji değişimi (ΔGo) negatiftir. Gibbs serbest enerjisinin negatif olması adsorpsiyon işleminin normal şartlar altında kendiliğinden gerçekleşebileceğini göstermiştir. Pozitif ΔHo değerleri adsorpsiyon işleminin endotermik olduğunu göstermiştir. Çam kozalağı aktif karbonu için pozitif  ΔHo ve ΔSo değerleri adsorpsiyon işleminin endotermik ve rastgele olduğunu göstermektedir. ΔGo değerlerinin pozitif olması ise adsorpsiyon sürecinin Gibbs serbest enerjisinde bir artışa yol açtığını ve kendiliğinden olmadığını göstermektedir. Sonuçlar HNO3 ile aktifleştirilen çam kozalağının sulu çözeltilerden Rodamin B boyasının giderimi için kullanılabileceğini göstermiştir.

Abstract:
ABSTRACT
In this study, the removal of Rhodamine B dye from aqueous solution was investigated by using pine cones, which is an agricultural waste. The untreated pine cones were activated chemically and thermally using HNO3, KOH and NaOH. In addition, heat-activated pine cones were chemically reactivated by treating them with ZnCl2, H3PO4, H2SO4 and KOH. The study demonstrated that adsorption of Rhodamine B dye on chemically activated pinecone with HNO3 was found to be more effective than thermally activated. Furthermore, among these chemical activating agents, acidic ones seem to be more effective than basic ones because acidic activation increased the adsorption capacity of the adsorbent. The organic structure of the pine cone deteriorated due to the high temperature during the thermal activation, and therefore, the removal of the dye has been reduced. Based on the graphs obtained by applying all the experimental data to the isotherm equations, it was observed that the adsorption process with HNO3 activated pine cone and thermally activated pine cone were in good agreement with the Langmuir isotherm model. The pseudo-second order kinetic model was determined according to the R2 correlation coefficient values as the kinetic model that gives the best fit for the adsorption of the pine cone activated with HNO3. Thermodynamic parameters (Gibbs free energy change (ΔGo), standard enthalpy change (ΔHo) and standard entropy change (ΔSo) for HNO3 activated pinecone revealed that the adsorption process is endothermic. The negative Gibbs free energy change and positive ΔHo values indicated that the adsorption process occurs spontaneously under normal conditions. The positive ΔHo and ΔSo values for pine cone activated carbon demonstrated that the adsorption process is endothermic and spontaneous, while the positive ΔGo values proved that the adsorption process leads to an increase in Gibbs free energy and is not spontaneous. Consequently, the results showed that HNO3 activated pinecone can be used for the removal of Rhodamine B dye from aqueous solutions.