Verbascum thapsus L. bitkisi kullanılarak sulu çözeltiden malachite green adsorpsiyonunun araştırılması
Investigation of malachite green adsorption from water solution using Verbascum thapsus L. plant
Yazar: FERHAT SİME
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUTLU YALVAÇ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Çevre = Environment

Özet:
Boyalı atıksular, özellikle sucul ekosistemler için önemli bir kirletici kaynaktır. Tekstil endüstrisi atıksuları boyalı atıksuların başlıca kaynağını oluşturmaktadır. Adsorpsiyon işlemi atıksulardan boyanın giderilmesinde kullanılan en etkili yöntemlerden biridir. Malachite Green (MG) tekstil endüstrisinde yaygın olarak kullanılan sentetik katyonik bir boyadır. Bu boyanın canlı organizmalarda potansiyel kanserojen ve mutajenik etkisi olduğu bilinmektedir. Boya adsorpsiyonunda kullanılan en etkili adsorban aktif karbon olmakla birlikte pahalı bir üründür. Bu nedenle ucuz ve yaygın bulunan doğal adsorban maddeler üzerine araştırmalar son yıllarda artmıştır. Sığırkuyruğu otu veya çoban çırası olarak da bilinen Verbascum thapsus L. (VTL) bitkisi yol kenarlarında, çayırlarda ve tarımsal alanlarda bulunan faydalı kullanımı olmayan yabani bir ottur.
Bu çalışmada VTL bitkisinin sulu çözeltiden MG boyasını gidermede adsorban olarak kullanılma potansiyeli araştırılmıştır. Adsorban karakterizasyonun belirlenmesinde SEM, BET ve FTIR kullanılmıştır. Deney tasarımı yüzey yanıt yöntemi ile (Response Surface Methods-RSM) yapılmıştır.
Çalışmada adsorpsiyon üzerine etkisi bulunan; adsorban kütlesi, pH, adsorplanan madde başlangıç konsantrasyonu ve temas süresi incelenmiştir. Elde edilen veriler Langmuir ve Freundlich izoterm modellerine uygulanmıştır. VTL'nin sulu çözeltiden MG gideriminde adsorplanma hız değişiminin belirlenmesinde birinci derece ve ikinci derece (yalancı) kinetik modelleri kullanılmıştır.Deneyler, labaratuvar ortamında (25 0C), 100 mL'lik çözeltiler ve 35 mesh adsorban ile kesikli adsorpsiyon yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen optimum değerler: Adsorban kütkesi 0,75 g,  pH 6,5, adsorplanan madde başlangıç konsantrasyonu 304 mg/L ve adsorpsiyonun temas süresi 40 min olarak bulunmuştur. Adsorpsiyon işleminin Langmuir izotermi (R2=0,9997) ve ikinci derece (yalancı) kinetik modele uygun gerçekleştiği tespit edilmiştir (R2=0,9997). Maksimum adsorban kapasitesi 38,85 mg/g, boyar madde giderim verimi ise %95 olarak bulunmuştur.
Termodinamik çalışması sonucunda; Gibbs serbest enerjisi (∆G) tüm sıcaklıklar için negatif olarak bulunmuştur. Bu durum adsorpsiyon olayının kendiliğinden gerçekleştiği anlamına gelmektedir. Entalpi değerleri (∆H) pozitif olarak bulunmuştur. Bu durum adsorpsiyonun endotermik yani ısı formunda enerjiyi alan reaksiyon olduğunu göstermektedir. Entropi değerleri (∆S) pozitif olarak bulunmuştur. Bu durum VTL bitkisi ile MG boyası arasında yapısal değişim olabileceğini gösterir. Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre VTL'nin sulu çözeltiden MG gideriminde kimyasal adsorpsiyon mekanizmasına uygun kullanılabilecek etkili bir adsorban olduğu görülmüştür.

Abstract:
Colored wastewater is an important pollutant resource, especially for aquatic ecosystems. Textile industry wastewater is the main source of dyed wastewater. Adsorption process is one of the most effective methods used in removing paint from wastewater. Malachite Green (MG) is a synthetic cationic dye widely used in the textile industry. This dye is known to have potential carcinogenic and mutagenic effects on living organisms. Although the most effective adsorbent used in paint adsorption is activated carbon, it is an expensive product. For this reason, researches on inexpensive and widely available natural adsorbents have increased in recent years. Verbascum Thapsus L (VTL) plant, also known as mullein or shepherd's weed, is a non-beneficial weed found on roadsides, meadows and agricultural areas. In this study, the potential of the VTL plant to be used as an adsorbent to remove MG dye from aqueous solution was investigated. SEM, BET and FTIR were used in adsorbent characterization. The experimental design was made with the surface response method (Response Surface Methods-RSM). In the study, the adsorbent mass, pH, initial concentration of adsorbed material and contact time, which have an effect on adsorption, were investigated. The data obtained were applied to the Langmuir and Freundlich isotherm models. First order and second order (false) kinetic models were used to determine the change in the adsorption rate of VTL in MG removal from aqueous solution. The experiments were carried out in a laboratory environment (25 0C) using the batch adsorption method with 100 mL solutions and 35 mesh particle size adsorbent. The optimum values obtained as a result of experimental studies were found to be pH 6.5, dye concentration 300 mg / L, adsorbent amount 0.75 g and contact time of adsorption 40 min. Calculations were made according to the Langmuir isotherm in line with the regression values (R2 = 0.9997). It was determined that adsorption is more suitable for the second order (pseudo) kinetic model (R2 = 0.9997). The maximum adsorbent capacity was 38.85 mg / g, and the dye removal efficiency was 95%. Adsorbent; It has been characterized by SEM, BET, and FTIR. Batch adsorption experiments were conducted to investigate the sorption behavior at adsorbent mass, pH, initial adsorbed concentration, contact time and temperature. Gibbs free energy (∆G) has been found to be negative for all temperatures. This means that the adsorption event occurs spontaneously. Enthalpy values (∆H) were found to be positive. This situation shows that adsorption is an endothermic reaction that takes energy in the form of heat. Entropy values (∆S) were found to be positive. This indicates that there may be a structural change between the VTL plant and the MG dye. According to the results obtained from the study, it has been determined that VTL is an effective adsorbent that can be used in MG removal from aqueous solution.