Kurutulmuş ve asidik hidrolize uğratılmış portakal posalarının anyonik ve katyonik boyarmaddelerin adsorpsiyonunda kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the use of dried and acidic hydrolyzed orange pulps for the adsorption of anionic and cationic dyes
Yazar: CEREN DEMİRTAŞ
Danışman: PROF. DR. ZÜMRİYE AKSU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Yapılan tez çalışmasında reaktif boyarmaddelerden anyonik yapıdaki Remazol Black-B (RBB) ve katyonik yapıdaki Methylene Blue (MB) boyarmaddelerinin kurutulmuş ve asidik hidrolize uğratılmış portakal posasından elde edilen adsorbentlere adsorpsiyonunda başlangıç pH?ının, tanecik boyut aralığının, sıcaklığın ve başlangıç boyarmadde derişiminin adsorpsiyon hızı, adsorpsiyon kapasitesi ve verimi üzerine etkisi kesikli çalkalamalı sistemde incelenmiştir.
RBB?nin kurutulmuş portakal posası adsorbentine adsorpsiyonunda en uygun çalışma pH değeri 2.0 olarak belirlenmişken, asidik hidrolize uğratılmış portakal posasından elde edilen adsorbentle yapılan çalışmada bu değerin pH 8.0?e kaydığı gözlenmiştir. RBB adsorpsiyonuna 25°C-45°C arasında değişen sıcaklığın etkisi incelendiğinde, 500-707 ?m tanecik boyut aralığındaki kurutulmuş portakal posası adsorbenti için artan sıcaklığın adsorbentin adsorpsiyon kapasitesini azalttığı, yine aynı boyut aralığındaki asidik hidrolize uğratılmış portakal posasından elde edilen adsorbent için ise artan sıcaklığın adsorbentin adsorpsiyon kapasitesini arttırdığı saptanmıştır. Her iki adsorbent için de başlangıç RBB derişiminin 500 mg/L?ye kadar artmasıyla, adsorpsiyon hız ve kapasitesinin arttığı, adsorpsiyon veriminin ise azaldığı görülmüştür. 25°C?da ve pH 2.0?de kurutulmuş portakal posası adsorbenti için en yüksek RBB adsorpsiyon kapasitesi 62.4 mg/g olarak bulunmuşken, bu değer asidik hidrolize uğratılmış portakal posasından elde edilen adsorbent için 45°C?da ve pH 8.0?de, 84.4 mg/g mg/g olarak tespit edilmiştir.
MB?nun kurutulmuş portakal posası adsorbentine adsorpsiyonunda en uygun çalışma pH değeri olarak saptanan pH 6.0?da, asidik hidrolize uğratılmış portakal posasından elde edilen adsorbentle çok daha düşük hız ve kapasite değerleri elde edildiğinden, MB adsorpsiyon çalışmaları sadece kurutulmuş portakal posası adsorbentiyle gerçekleştirilmiştir. Sıcaklığın MB adsorpsiyonuna etkisi incelendiğinde, 297- 500 ?m tanecik boyut aralığındaki kurutulmuş portakal posası adsorbenti için artan sıcaklığın adsorbentin adsorpsiyon kapasitesini azalttığı saptanmıştır. Başlangıç RBB derişiminin 500 mg/L?ye kadar artmasıyla, adsorpsiyon hız ve kapasitesinin arttığı, adsorpsiyon veriminin ise azaldığı görülmüştür. 25°C?da ve pH 6.0?da kurutulmuş portakal posası adsorbenti için en yüksek MB adsorpsiyon kapasitesi 105.6 mg/g olarak bulunmuştur.
Her bir boyarmadde-adsorbent sistemi için, adsorpsiyon dengesinin matematiksel olarak tanımlanmasında Langmuir ve Freundlich adsorpsiyon modelleri kullanılmış, adsorpsiyon dengesinin Langmuir adsorpsiyon modeline daha iyi uyduğu belirlenmiştir. Her bir boyarmadde-adsorbent sistemi için sıcaklığa ve derişime bağlı olarak dış taraf kütle aktarım katsayıları ve iç difüzyon hız sabiti değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca kinetik verilerin birinci derece, ikinci derece ile doygunluk tipi kinetik modellere uygunluğu araştırılarak her bir modele ait kinetik sabitler bulunmuştur. İkinci derece ve doygunluk tipi kinetik modellerin her bir boyarmadde-adsorbent sistemini en iyi tanımladığı görülmüştür. Son olarak da her bir sistem için adsorpsiyon termodinamik sabitleri termodinamik eşitlikler kullanılarak elde edilmiştir.

Abstract:
In this thesis study, the adsorption of Remazol Black-B (RBB), an anionic reactive dye, and Methylene Blue (MB), a cationic dye, onto dried orange pulp adsorbent and the adsorbent obtained from acidic hydrolyzed orange pulp was carried out using a batch system. The effects of initial pH, particle size range, temperature and initial dye concentration on the initial adsorption rate, capacity and dye removal efficiency were investigated.
For RBB adsorption studies, while working pH value for the dried orange pulp adsorbent system was determined as 2.0, it was observed that this value shifted to 8.0 when the acidic hydrolyzed orange pulp adsorbent was used. At the temperature range changing between 25°C-45°C and for 500-707 ?m particle size range it was seen that with increasing temperature, while the adsorption capacity of the dried orange pulp adsorbent increased, the adsorption capacity of the acidic hydrolyzed orange pulp adsorbent decreased. It was obtained that with increasing the initial RBB concentration up to 500 mg/L, the adsorption rate and the capacity enhanced, on the other hand the adsorption efficiency decreased for both the adsorbents. While the highest adsorption capacity of the dried orange pulp adsorbent was determined as 62.4 mg/g at 25°C and pH 2.0, this value was figured out for the acidic hydrolyzed orange pulp adsorbent as 84.4 mg/g at 45°C and pH 8.0.
The experiments performed by acidic hydrolyzed orange pulp adsorbent showed that MB adsorption rate and capacity was much more less than that of obtained by dried orange pulp adsorbent at pH 6.0 which was determined as optimum pH value. Due to this reason the experiments of MB adsorption were carried out with only the dried orange pulp adsorbent. The effect of temperature on the MB adsorption onto dried orange pulp adsorbent at 297- 500 ?m particle size range indicated that with increasing temperature caused a decrease in the adsorption capacity. With increasing the initial concentration of MB up to 500 mg/L, the adsorption rate and the capacity increased, while the adsorption efficiency decreased. The highest MB adsorption capacity of the dried orange pulp adsorbent was determined as 105.6 mg/g at 25°C and at a pH value of 6.0.
The Langmuir and Freundlich adsorption models were used to define the adsorption equilibrium of each dye-adsorbent system mathematically and it was decided that the Langmuir model was more suitable to describe the adsorption equilibrium for each system. For each dye-adsorption system, the external mass transfer coefficients and the internal diffusion rate constants were determined as a function of temperature and initial dye concentration. In addition, first order, second order and saturation type kinetic models were applied to kinetic data of adsorption and kinetic constants were calculated. It was concluded that the second order and the saturation type kinetic models defined the adsorption data more accurately. Finally the thermodynamic parameters of adsorption were obtained by using thermodynamic equations for each system.