Biyonanokompozit malzemelerin sentezi ve adsorpsiyon işleminde kullanılması
Synthesis of bionanocomposite materials and their usage in adsorption process
Yazar: CEREN BAYAR
Danışman: DOÇ. DR. FATMA TÜMSEK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Atık su sorunu endüstriyel işlemler ile birlikte artış göstermektedir. Bu sorunun çözümü için her geçen gün yeni atık su giderim yöntemleri geliştirilmektedir. Bu alanda en çok kullanılan yöntem olan adsorpsiyon işlemi yeni nesil adsorbanlar olan biyonanokompozitlerle birlikte gerçekleştirildiğinde daha verimli hale gelmektedir. Bu çalışmada mantardan ve karides kabuğundan kitosan elde edildikten sonra bentonit kili ile birleştirilerek mantardan kitosan/kil biyonanokompoziti (MK/KB), kitosan elde edildikten sonra bentonit kili ile birleştirilerek ise karides kabuğundan kitosan/kil biyonanokompoziti (KK/KB) sentezlenmiştir. Ardından bu iki biyonanokompozit boya çözeltisindeki boyar maddenin (Reaktif Mavi 221) adsorpsiyon işlemi ile giderilmesi çalışmalarında kullanılmıştır. Sentezlenen kitosanların deasetilasyon dereceleri belirlenmiştir. Ayrıca kitosan, bentonit ve biyonanokompozit örneklerinin azot adsorpsiyonu, alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) ve Fourier dönüşümlü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi ile karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Adsorpsiyon işlemlerinde derişim, pH, sıcaklık, adsorban miktarı ve temas süresi gibi parametrelerin etkileri incelenmiştir. Başlangıç derişimi arttıkça adsorplanan miktarın da arttığı gözlenmiştir. MK/KB için adsorpsiyon en iyi giderim pH 3,85 değerinde gerçekleşirken KK/KB için pH 2,25 değerinde gerçekleşmiştir. Adsorpsiyonun dengeye ulaşma süresi MK/KB için yaklaşık 24 saat iken KK/KB için yaklaşık 1 saattir. Adsorpsiyon kinetiğinin sözde ikinci derece kinetik modelle ifade edilebildiği bulunmuştur. Adsorpsiyon üzerine sıcaklığın etkisinin olmadığı görülmüştür. MK/KB ve KK/KB için Langmuir izoterminin deneysel verilere daha uygun olduğu belirlenmiştir. Langmuir izoterm modeline göre hesaplanan maksimum adsorpsiyon kapasitesi MK/KB için 25oC'de 117,46 mg/g, KK/KB için 25oC'de 206,45 mg/g olarak bulunmuştur. Her iki biyonanokompozitin atık su arıtımı konusunda başarılı sonuç verdiği, farklı kitosan kaynaklarından elde edilen bu adsorbanların birbirleri yerine kullanılabilecekleri sonucuna varılmıştır. Laboratuvar ortamında düşük maliyet ile oluşturulan bu biyouyumlu, etkili, sürdürülebilir adsorbanların ilerideki çalışmalarda da geliştirilerek kullanılabileceği yorumu yapılabilir.

Abstract:
The problem of wastewater keeps increasing with the industrial processes. There are emerging technologies to be used as a solution to this problem. Adsorption process which is one of the mostly used method in this subject evolves into a more efficient state as it is used with the new generation bionanocomposite adsorbents. In this thesis study, first chitosan from the mushroom and shrimp shells were synthesized. Then, mushroom based chitosan/clay bionanocomposite (MC/CB) and shrimp shell based chitosan/clay bionanocomposite (SC/CB) were obtained Then, these two bionanocomposites were used to remove the dye from the dye solution (Reactive Blue 221) by adsorption process. The deacetylation degree of MC and SC were found. In addition, nitrogen adsorption, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy were used to characterize chitosan, bentonite and bionanocomposite samples. The effects of parameters such as concentration, pH, temperature, amount of adsorbent and contact time in adsorption processes were investigated. The effects of parameters such as concentration, pH, temperature, amount of adsorbent and contact time in adsorption processes were investigated. It was observed that the adsorbed amount increased as the initial concentration increased. For MC/CB, the best adsorption removal occurred at pH 3,85, while for CC/CB it was at pH 2,25. The time for adsorption to reach equilibrium is about 24 hours for MC/CB, while it is about 1 hour for CC/CB. It has been found that the adsorption kinetics can be expressed by a pseudo second-order kinetic model. It was observed that the temperature had no effect on the adsorption. Langmuir isotherm for MC/CB and CC/CB was determined to be more suitable for experimental data. The maximum adsorption capacity calculated according to the Langmuir isotherm model was 117,46 mg/g at 25oC for MC/CB and 206,45 mg/g at 25oC for CC/CB. It was concluded that both bionanocomposites gave successful results in wastewater treatment, and these adsorbents obtained from different chitosan sources can be used instead of each other. It can be interpreted that these biocompatible, effective and sustainable adsorbents, which are synthesized at low cost in the laboratory environment, can be developed and used in future studies.