Hibrit nanokompozit malzemeler ile atık sulardaki boyar maddelerin giderilmesi
Removal of dyes in wastewater using hybrid nanocomposite materials
Yazar: GÖZDE KILMEN ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. ELÇİN YILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Çeşitli endüstriyel faaliyetler sonucunda açığa çıkan atıkların suya karışması toprak, su ve atmosfere zarar vererek ekolojik dengeyi bozmaktadır. Ülkemizde, çeşitli endüstri alanlarında yüksek oranda su tüketilir. Çeşitli sektörlerde gerçekleştirilen kimyasal işlemler sonucu oluşan atık sular yüksek derecede boyar madde içermektedir. Ürünlerin daha kaliteli olması ve kolay pazarlanabilmesi, bu durumun ülke ekonomisine sağlayacağı katkı ve üretim sonunda çevreye salınan atıkların minimum seviyede olması kriterleri göz önünde bulundurulduğunda, atık sulardan boyar maddelerin giderimi oldukça önemlidir.
 Bu çalışmada, atık olarak sulara karışan boyar maddeleri uzaklaştırmak için yeni bir hibrit nanokompozit malzeme sentezlenmesi amaçlanmıştır. Nanokompozit hibrit malzemesi sentezi, pirolitik koşullar altında kömürleştirilen kestane kabukları (biyokömür) ile birlikte sol-jel yöntemiyle TiO2–Biyokömür yapısı oluşturularak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen yapıyla çeşitli deneysel çalışmalar yapılarak; pH, sıcaklık, adsorbent miktarı parametrelerinin de etkisiyle yeni sentezlenen malzemenin metilen mavisi boyası üzerindeki adsorplama kapasitesi incelenmiştir. Çalışmanın diğer kısmında ise Box-Behnken Tasarımı kullanılarak çok değişkenli analiz gerçekleştirilmiştir. Bu deneysel tasarım planı için elde edilen boyar madde giderim verimliliği modellenerek, bu verimliliği en iyi şekilde temsil eden model denklemi belirlenmiş ve en iyi deney koşulları için optimizasyon yapılmıştır.
Design Expert programı ile belirlenen deneysel koşullar gerçekleştirildiğinde,  en iyi verim;  ph =6, sıcaklık=40°C ve adsorbent miktarı=0.5 g/100 mL koşullarında %92 olarak elde edilmiştir. Yapılan kinetik ve izoterm çalışmalarında ise en uygun modeller Yalancı İkinci Dereceden Kinetik model ve Langmuir izoterm modeli olarak bulunmuştur.
Anahtar Kelimeler: Biyokömür, sol-jel yöntemi, hibrit nanokompozit, adsorpsiyon, Box-Behnken tasarımı.

Abstract:
The mixing of the wastes produced as a result of various industrial activities into the water, damages the soil, water and atmosphere and disrupts the ecological balance. In our country, a high rate of water is consumed in various industrial areas. Waste waters generated as a result of chemical processes carried out in various sectors contain high levels of dyestuffs. Removal of dyestuffs from wastewater is very important considering the criteria that the products are of better quality and can be easily marketed, the contribution of this situation to the country's economy and the minimum level of waste released to the environment at the end of production.
In this study, it was aimed to synthesize a new hybrid nanocomposite material for the removal of dyestuffs that mix the water as waste. The synthesis of nanocomposite hybrid material was performed by forming TiO2-Biochar structure by sol-gel method together with chestnut shells (biochar) carbonized under pyrolytic conditions. Different experimental studies were perfomed with the synthesized  nanocomposite hybrid material and the adsorption capacity of the new synthesized material on methylene blue dye was investigated with the effect of pH, temperature and adsorbent amount. In the other part of the study, multivariable analysis was performed using Box-Behnken Design. The dyestuff removal efficiency obtained for this experimental design plan was modeled and the model equation that best represents this efficiency was determined and optimized for the best experimental conditions.
When the experimental conditions determined with the Design Expert program were realized, the best efficiency was obtained as 92% at pH = 6, temperature = 40°C and adsorbent dosage = 0.5 g/100 mL. In the isotherm and kinetic studies, the best models were determined to be Langmuir isotherm model and Pseudo Second Order Kinetic model.
Keywords: Biochar, sol-gel method, hybrid nanocomposite, adsorption, Box-Behnken design.