Ön işlemsiz ve CTAB ön işlemli şeker pancarı adsorbente tekli boyarmadde ve tekli metal iyonları ile ikili karışımlarının adsorpsiyonunun incelenmesi
Investigation of adsorption of single dye and single metal ions and their binary mixtures onto the untreated and CTAB treated sugar beet pulp adsorbent
Yazar: DUYGU ŞAFAK
Danışman: PROF. DR. ZÜMRİYE AKSU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Tekstil ve deri endüstrilerin atıksularında anyonik Remazol Black B (RBB) boyarmaddesi ve anyonik kromat/bikromat yapıda yer alan krom(VI) iyonları yüksek derişimlerde birlikte yer almaktadır. Şeker pancarı küspesi (ŞPK) hem boyarmaddelerin hem de ağır metal iyonlarının adsorpsiyonunda yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğu bilinen bir adsorbenttir. Bu adsorbent Cetyltrimethylammonium Bromide (CTAB) gibi bir katyonik yüzey aktif maddeyle muamele edilerek adsorbent özellikleri geliştirilebilir. Bu tez çalışmasında, şeker pancarı küspesi doğrudan kurutularak (ön işlemsiz) ve CTAB ile muamele edilerek (ön işlemli) adsorbent olarak hazırlanmış ve RBB ve krom(VI) iyonlarının tekli ve ikili karışımlarının adsorpsiyonunda kullanılmıştır.

Tez çalışmasının ilk kısmında kurutulmuş ön işlemsiz ŞPK adsorbente tekli RBB ve tekli krom(VI) adsorpsiyonunda başlangıç pH'ının adsorpsiyon hız ve kapasitesine etkileri araştırılmış ve en uygun çalışma pH'ı her iki kirletici için aynı ve pH 2 olarak saptanmıştır.  CTAB ile muamele edilmiş ŞPK adsorbente tekli RBB ve tekli krom(VI) adsorpsiyonu pH 2-8 aralığında incelendiğinde ise RBB için pH 8, krom(VI) için pH 2 en uygun çalışma pH'ı olarak saptanmıştır.
Tez çalışmasının bir sonraki aşamasında her iki bileşen için aynı olarak saptanan en uygun çalışma pH değeri olan 2'de ön işlemsiz kurutulmuş ŞPK adsorbente tekli RBB ve tekli krom(VI) adsorpsiyonunda başlangıç kirletici derişiminin adsorpsiyon hız ve kapasitesine etkileri, 25-500 mg/L aralığında değişen derişimlerde incelenmiştir. Daha sonra ise aynı adsorbentle aynı pH değerinde RBB+krom(VI) karışımlarının adsorpsiyonunda birinci bileşenin sabit 25, 50, 100, 250, 500 mg/L'de tutulan başlangıç derişiminde diğer bileşenin başlangıç derişimi 25-500 mg/L aralığında değiştirilerek her bir bileşenin adsorpsiyon hız ve kapasitesine ortak etkileri incelenmiştir. Sonuçlar her bir tekli ve ikili adsorbat-adsorbent sisteminde başlangıç kirletici derişiminin 500 mg/L'ye kadar artmasıyla adsorpsiyon denge kapasitesinin arttığını, % giderimin ise azaldığını göstermiştir. 500 mg/L tekli RBB içeren, 500 mg/L tekli krom(VI) içeren ve 500 mg/L RBB+500 mg/L krom(VI) karışımını içeren adsorpsiyon ortamlarında en yüksek adsorpsiyon kapasitesi değerleri sırasıyla 94,2 mg/g RBB, 49,1 mg/g krom(VI), 104,8 mg/g RBB+32,8 mg/g krom(VI) saptanmıştır. RBB+krom(VI) karışımlarının adsorpsiyonunda RBB'nin varlığı krom(VI) adsorpsiyonunu azaltmış, krom(VI) varlığı ise RBB adsorpsiyonunu arttırmıştır.

Tez çalışmasının daha sonraki aşamasında CTAB ile muamele edilmiş ŞPK adsorbente RBB ve krom(VI) adsorpsiyonunda en uygun çalışma pH değerleri sırasıyla 8 ve 2 olarak saptandığından, tekli RBB, tekli krom(VI) ve RBB+krom(VI) karışımlarının adsorpsiyonunda başlangıç kirletici derişimlerinin etkileri bu iki pH değerinde incelenmiştir. Her iki pH değerinde tekli RBB ve tekli krom(VI) adsorpsiyonunda başlangıç kirletici derişiminin adsorpsiyon hız ve kapasitesine etkileri, 25-500 mg/L aralığında değişen derişimlerde incelenmiştir. Daha sonra ise aynı adsorbentle iki pH değerinde RBB+krom(VI) karışımlarının adsorpsiyonunda birinci bileşenin sabit 25, 50, 100, 250, 500 mg/L'de tutulan başlangıç derişiminde diğer bileşenin başlangıç derişimi yine 25-500 mg/L aralığında değiştirilerek her bir bileşenin adsorpsiyon hız ve kapasitesine ortak etkileri incelenmiştir. Sonuçlar her iki pH değerinde de her bir tekli ve ikili adsorbat-adsorbent sistemi için başlangıç kirletici derişiminin 500 mg/L'ye kadar artmasıyla adsorpsiyon denge kapasitesinin arttığını, % giderimin ise azaldığını göstermiştir.
pH 8'de 500 mg/L tekli RBB içeren, 500 mg/L tekli krom(VI) içeren ve 500 mg/L RBB+500 mg/L krom(VI) karışımını içeren adsorpsiyon ortamlarında en yüksek adsorpsiyon kapasitesi değerleri sırasıyla 250,1 mg/g RBB, 37,1 mg/g krom(VI), 336,5 mg/g RBB+23,3 mg/g krom(VI) iken pH 2'de 500 mg/L tekli RBB içeren, 500 mg/L tekli krom(VI) içeren ve 500 mg/L RBB+500 mg/L krom(VI) karışımını içeren adsorpsiyon ortamlarında en yüksek adsorpsiyon kapasitesi değerleri sırasıyla 56,8 mg/g RBB, 69,0 mg/g krom(VI), 89,8 mg/g RBB+34,5 mg/g krom(VI) olarak saptanmıştır. Benzer olarak hem pH 2 hem de pH 8'de RBB+krom(VI) karışımlarının adsorpsiyonunda RBB'nin varlığı krom(VI) adsorpsiyonunu oldukça azaltmış, krom(VI) varlığı ise RBB adsorpsiyonunu arttırmıştır. 

Tez çalışmasında ayrıca her bir tekli ve ikili adsorbat(lar)-adsorbent sistemi için tek ve iki bileşenli sitemler için türetilmiş Langmuir Denge Modelleri kullanılmış ve model sabitleri bulunmuştur. 

Deneysel sonuçlar ŞPK adsorbentin CTAB ile yüzeyinin modifiye edilmesiyle hem RBB hem de krom(VI) için adsorpsiyon kapasitesinin arttığını, iki bileşenli adsorpsiyonda adsorbatların birbirlerinin adsorpsiyonunu etkiledikleri, adsorpsiyon pH'nın adsorbentin adsorbat seçiminde önemli olduğunu göstermiştir.

Abstract:
In textile and leather industry wastewaters, anionic Remazol Black B (RBB) dye and chromate/bichromate ions, which are anionic and contain chromium(VI) ions, coexist at high concentrations. Sugar beet pulp (SBP) is known for its high adsorption capacity for both dyes and heavy metal ions and has been used as an adsorbent. This adsorbent was prepared by direct drying (without pretreatment) and treated with a cationic surfactant, Cetyltrimethylammonium Bromide (CTAB), to enhance its adsorption properties. In this thesis, SBP without pretreatment and SBP treated with CTAB were used as adsorbents for the adsorption of single RBB and single chromium(VI) ions as well as their mixtures.
The initial pH effects on the adsorption rate and capacity were investigated in the first part of the thesis for single RBB and single chromium(VI) adsorption using dried, untreated SBP, determining pH 2 as the optimal operating pH for both pollutants. When SBP treated with CTAB was used, the optimal operating pH was found to be pH 8 for RBB and pH 2 for chromium(VI) in the pH range of 2-8.

In the subsequent part of the thesis, the effects of initial pollutant concentration on the adsorption rate and capacity were examined over a range of 25-500 mg/L for single RBB and single chromium(VI) adsorption on dried, untreated SBP at pH 2, which was identified as the optimal pH for both components. Subsequently, for RBB+chromium(VI) mixtures, the initial concentration of one component was kept constant (25, 50, 100, 250, 500 mg/L) while the other component's initial concentration was varied from 25-500 mg/L to study their combined effects on adsorption rate and capacity. The results indicated that increasing the initial pollutant concentration up to 500 mg/L increased the adsorption equilibrium capacity while decreasing the removal efficiency for each single and mixed adsorbate-adsorbent system.

The highest adsorption capacity values in environments containing 500 mg/L single RBB, 500 mg/L single chromium(VI), and 500 mg/L RBB+500 mg/L chromium(VI) were determined as 94.2 mg/g RBB, 49.1 mg/g chromium(VI), and 104.8 mg/g RBB+32.8 mg/g chromium(VI), respectively. The presence of RBB in RBB+chromium(VI) mixtures reduced the adsorption of chromium(VI), whereas the presence of chromium(VI) increased the adsorption of RBB.
In the subsequent stages of the thesis, since pH 8 was identified as optimal for RBB and pH 2 for chromium(VI) adsorption on CTAB-treated SBP, the effects of initial pollutant concentrations were studied at these pH values for single RBB, single chromium(VI), and RBB+chromium(VI) mixtures. Similar trends were observed regarding the influence of initial pollutant concentrations on adsorption rate and capacity at both pH 2 and pH 8.
At pH 8, the highest adsorption capacity values for environments containing 500 mg/L single RBB, 500 mg/L single chromium(VI), and 500 mg/L RBB+500 mg/L chromium(VI) were 250.1 mg/g RBB, 37.1 mg/g chromium(VI), and 336.5 mg/g RBB+23.3 mg/g chromium(VI), respectively. At pH 2, these values were 56.8 mg/g RBB, 69.0 mg/g chromium(VI), and 89.8 mg/g RBB+34.5 mg/g chromium(VI). Similarly, in RBB+chromium(VI) mixtures, the presence of RBB significantly reduced the adsorption of chromium(VI), while the presence of chromium(VI) increased the adsorption of RBB.

Furthermore, Langmuir Equilibrium Models were applied to each single and mixed adsorbate-adsorbent system to derive model constants.
Experimental results showed that surface modification of SBP with CTAB enhanced the adsorption capacity for both RBB and chromium(VI), and in mixed-component adsorption, the adsorption of one component was influenced by the presence of the other. The pH of adsorption was found to be crucial in selecting the adsorbent for these pollutants.