Metilen mavisi boyarmaddesinin manyetik biyoadsorban kullanılarak gideriminin yanıt yüzey metodu ile modellenmesi
Modeling of methylene blue dye removal using magnetic bioadsorbent by response surface method
Yazar: İREM NAMUK
Danışman: PROF. DR. ELÇİN YILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Su kirliliği en ciddi çevre sorunlarındandır. Gelişen endüstri artan insan ihtiyaçlarını karşılarken endüstriyel atık sular insan sağlığı ve ekoloji için ciddi bir tehdit oluşturmaktadır. Tekstil, kozmetik, ilaç gibi çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılan boyarmaddeler su kirliliğine sebep olan başlıca kirleticilerdendir. Canlılar üzerinde toksik ve kanserojen etkilerinden dolayı boyarmaddelerin atık sulardan giderilmesi gerekmektedir. Boyarmadde gideriminde çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Farklı giderim teknikleri arasında adsorpsiyon; düşük maliyeti, yüksek giderme verimliliği, çevre dostu olması gibi avantajları nedeniyle atık sulardan boyarmadde gideriminde en çok tercih edilen yöntemdir.

Adsorpsiyon yöntemiyle boyarmadde gideriminde kullanılacak adsorbanın verimli, düşük maliyetli, çevre dostu olması önem taşımaktadır. Adsorbanlar, doğal ve yapay adsorbanlar olarak ikiye ayrılabilir. Doğal adsorbanlar; doğadan kolayca elde edilebilme, düşük maliyet, atıklarının azlığı, çevre dostu olma özelliklerinden dolayı tercih edilirler. Adsorpsiyondan sonra adsorbanı sudan kolayca ayırmak ve toplamak içinde manyetik adsorbanlar, mıknatıs altında hızlı şekilde ayırmayı gerçekleştirmesi nedeniyle baskın gelecek göstermektedir. 

Bu çalışmada, tarımsal atık olan vişne çekirdeğinden kimyasal çöktürme yöntemiyle manyetik biyoadsorban sentezi gerçekleştirilmiştir, sentezlenen adsorban kullanılarak adsorpsiyon yöntemiyle sulu çözeltilerden metilen mavisi (MM) boyarmaddesinin giderimi incelenmiştir. Adsorpsiyon işlemine pH, sıcaklık, adsorban dozajı parametrelerinin etkisi araştırılmıştır. Adsorpsiyon deneylerinden edinilen veriler Design Expert Programında Yanıt Yüzey Metodu kullanılarak optimize edilmiştir. 

Adsorpsiyon deneyleri, 100 ppm boyarmadde çözeltisi ile farklı pH (9, 11, 13), sıcaklık (20 °C, 30 °C, 40 °C), adsorban dozajı (100 mg/100 mL, 200 mg/100 mL, 300 mg/100 mL) değerlerinde 60 dakika temas süresinde gerçekleştirilmiştir. Optimum proses parametreleri enerji tasarrufu dikkate alınarak; sıcaklık 20 °C, pH 11, adsorban dozajı 300 mg/100 mL olarak belirlenmiştir. Bu koşullardaki MM gideriminin %96.39, adsorpsiyon kapasitesinin (qe) 32.13 mg/g olduğu bulunmuştur.

Adsorpsiyon izoterm ve kinetik modelleri için yapılan incelemenin sonucunda Freundlich izoterm modelinin ve Yalancı İkinci Dereceden kinetik modelinin en uyumlu izoterm ve kinetik modelleri olduğu tespit edilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda, sentezlenen adsorbanın sulu çözeltilerden MM gideriminde oldukça etkili olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Boyarmadde, metilen mavisi, vişne çekirdeği, manyetik biyoadsorban, adsorpsiyon.

Abstract:
Water pollution is one of the most serious environmental problems. Dyes are one of the main pollutants that cause water pollution, and must be removed from wastewater. Among different dye removal techniques; adsorption is the most preferred technique for dye removal due to its advantages such as low cost, high removal performance, being environmentally friendly.

It is important that adsorbent to be used in dye removal by adsorption is efficient, low cost, environmentally friendly. Natural adsorbents are preferred due to their features such as easily obtained from nature, low cost, having low waste. For easily separating, collecting adsorbent from water after adsorption, magnetic adsorbents show dominant future due to performing rapid separation under magnet.

In this study, magnetic bioadsorbent have been synthesized from sour cherry kernel by chemical precipitation method, and removal of methylene blue (MB) dye from aqueous solutions by adsorption using synthesized adsorbent has been examined. The effects of temperature, pH, adsorbent dosage on the adsorption have been investigated. The data obtained from adsorption experiments have been optimized using Response Surface Method with Design Expert Program.

Adsorption experiments have been carried out with 100 ppm dye solution at different pH, temperature, adsorbent dosage values with contact time of 60 minutes. Taking into consideration that energy savings; optimum process parameters have been determined as 20 °C temperature, pH 11, 300 mg/100 mL adsorbent dosage. They have been found that MB removal under these conditions was %96.39, adsorption capacity (qe) was 32.13 mg/g. 

As a result of the examination of adsorption isotherm and kinetic models, they have been determined that Freundlich isotherm model and Pseudo Second Order kinetic model were the most suitable isotherm and kinetic models. As a result of the studies, it has been concluded that the synthesized adsorbent was very effective in removing MB from aqueous solutions.

Keywords: Dye, methylene blue, sour cherry kernel, magnetic bioadsorbent, adsorption.