Ceviz kabuğu katkılı manyetik biyokompozit kürelerin üretilmesi ve sulu çözeltilerden katyonik boyanın uzaklaştırılmasında kullanılması
Production of magnetic biocomposite beads incorporated with walnutshell and their use in removal of cationic dye from aqueous solutions
Yazar: LEVENT MACAR
Danışman: DOÇ. DR. EROL ALVER
Hitit Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Dünyada kullanılabilir su kaynaklarının az olması nedeni ile suların verimli bir sekilde
kullanımı büyük önem arz etmektedir. Bu nedenle birçok etken ile kirlenen suların tekrar
kullanılabilir olması için farklı yöntemler üzerine araştırmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada,
toksik etkileri olduğu bilinen katyonik boya brilliant yeşilinin (BY) sulu çözeltilerden
adsorpsiyon yöntemi ile uzaklaştırılması için çevre dostu bir manyetik (m) biyokompozit
adsorban hazırlanmıştır. Manyetik biyokompozit kürelerin hazırlanmasında aljinat (AL),
ksantan gam (KS) ve ceviz kabuğu tozu (C) kullanılmıştır. Boyayı sulardan etkili bir şekilde
uzaklaştırmak için optimum manyetik biyokompozit küre hazırlama oranı
%1,5AL/%0,5KS/%1C olarak belirlenmiştir. Sentezlenen manyetik biyokompozit küreler,
FTIR, SEM ve TGA/DTG ile karakterize edilmiştir. FTIR ve SEM analizlerinde boyanın manyetik
biyokompozit üzerine adsorbe olduğu, TGA/DTG analizinde ise bozunmanın üç aşamada
gerçekleştiği belirlenmiştir. Sentezlenen manyetik biyokompozit kürelerin boyayı sudan
uzaklaştırmasındaki etkili adsorpsiyon parametreleri optimize edilmiştir. Adsorpsiyon
çalışmalarında optimum pH: 8, süre:120 dk. olarak belirlenmiştir. Sıcaklık adsorpsiyon
etkinliğini artırırken, tuzun (NaCl) azalttığı tespit edilmiştir. Yapılan adorpsiyon
çalışmalarında manyetik biyokompozitin maksimum adsorpsiyon kapasitesi 380±17,25 mg/g
olarak bulunmuştur. Langmuir, Freundlich, Temkin ve Dubinin-Radushkevich adsorpsiyon
izotermleri incelenmiş ve adsorpsiyonun Freundlich izoterm modeline daha yüksek doğruluk
(R2 = 0,9983) ve düşük ortalama karekök hata (RSME = 9,29) ile uyduğu belirlenmiştir. Yapılan
kinetik çalışmalarda sıcaklık ile adsorpsiyon kapasitesinin arttığı ve BY'nin manyetik
biyokompozit kürelere adsorpsiyonunda sözde ikinci dereceden kinetik model ile partikül içi
difüzyon prosesinin eş zamanlı işlediği sonucuna varılmıştır. Termodinamik hesaplamalar
adsorpsiyonda fiziksel kuvvetlerin etkili olduğunu ve adsorpsiyon sürecinin endotermik
olarak ilerlediğini göstermiştir (ΔH=79,90 kJ/mol). Ayrıca ΔG° 'nin negatif
değerleri, adsorpsiyon sürecinin olabilirliğini ve kendiliğinden gerçekleştiğini göstermiştir.

Abstract:
Due to the scarcity of usable water resources in the world, efficient use of water is of great
importance. For this reason, researchers are carried out on different methods to make reusable
the water polluted by many factors. In this study, an environmentally friendly magnetic (m)
biocomposite adsorbent was prepared for the removal of cationic dye brilliant green (BY),
which is known to have toxic effects, from aqueous solutions by adsorption method. Alginate
(AL), xanthan gum (KS) and walnut shell powder (C) were used in the preparation of magnetic
biocomposite beads. In order to effectively remove the dye from water, the optimum magnetic
biocomposite bead preparation ratio was determined as 1.5%AL/0.5%KS/1%C. The
synthesized magnetic biocomposite beads were characterized by FTIR, SEM and TGA/DTG. In
the FTIR and SEM analyzes, it was determined that the dye was adsorbed on the magnetic
biocomposite, while the degradation took place in three stages in the TGA/DTG analysis. The
effective adsorption parameters of the synthesized magnetic biocomposite beads in removing
the dye from the water were optimized. Optimum pH in adsorption studies: 8, duration: 120
min. has been determined. It was determined that while temperature increased the adsorption
efficiency, salt (NaCl) decreased it. In the adsorption studies, the maximum adsorption capacity
of the magnetic biocomposite was found to be 380±17,25 mg/g. Langmuir, Freundlich, Temkin
and Dubinin-Radushkevich adsorption isotherms were investigated and it was determined
that the adsorption fit the Freundlich isotherm model with higher accuracy (R2 = 0.9983) and
low mean square error (RSME = 9,29). In the kinetic studies, it was concluded that the
adsorption capacity increased with temperature and the pseudo second-order kinetic model
and the intraparticle diffusion process operated simultaneously in the adsorption of BY to the
magnetic biocomposite beads. Thermodynamic calculations showed that physical forces are
effective in adsorption and the adsorption process proceeds endothermically (ΔH=79.90
kJ/mol). Also, the negative values of ΔG° indicated the possibility of the adsorption process and
that it was spontaneous.