Aşı kopolimerizasyon ve modifikasyonla kenevir liflerinden hazırlanan biyoadsorbanlarla anyonik ve katyonik kirleticilerin giderilmesi
Removal of anionic and cationic pollutants with bioadsorbents prepared from hemp fibers by graft copolymerization and modification
Yazar: YASİN AKKÖZ
Danışman: PROF. DR. RAMAZAN COŞKUN
Yozgat Bozok Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, kaynağını çevreden alan çevre dostu bir yaklaşım geliştirilmiştir. Adsorban ham maddesi olarak seçilen kenevir lifinin (KL) doğal polimerik bir malzeme olması, çalışmanın da bu doğal polimerin aşılanması ve modifikasyonunu ön plana çıkarması yenilikçi bir yaklaşımı da işaret etmektedir. Çalışmanın ilk kısmında, tedarik edilen kenevir lifi sülfürik asit (H2SO4) ile modifiye edilerek hazırlanan biyoadsorbanın katyonik kirleticiler olan Metilen mavisi (MB), Kristal violet (CV), Malaşit Green Oksalat (MGO) boyalarının sulu ortamdan uzaklaştırılmasında kullanılabilirliği araştırıldı. İkinci kısımda ise kenevir lifi önce Glisidilmetakrilat (GMA) ile aşılandı ve ardından Tetraetilenpentaamin (TEPA) ile modifiye edilerek yarı sentetik polimerik biyoadsorban hazırlandı. Hazırlanan aşılanmış modifiye biyoadsorbanın anyonik kirleticiler olan Remazol Brilliant Blue R (RBBR), Reaktif Red (RR120) ve Reaktif Yellow (RY160) boyalarının sulu ortamdan uzaklaştırılmasında kullanılabilirliği araştırıldı. Hazırlanan adsorbanlar (SKL ve [KL-aşı-GMA]-TEPA) çeşitli teknikler (SEM-EDX, STEM, FTIR, BET, XRD, TGA, Boehm Titrasyonu, pHpzc) kullanılarak detaylıca karakterize edildi. Kesikli yöntemle gerçekleştirilen adsorpsiyon çalışmalarında; adsorban miktarı, pH, süre, boya başlangıç derişimi ve sıcaklığın etkisi araştırıldı. Kinetik, izoterm ve termodinamik parametreler belirlendi. Sentetik deniz suyu ortamında da çalışmalar yapılarak ortamda bulunan farklı iyonların adsorpsiyona etkisi araştırıldı. Ayrıca desorpsiyon ve tekrar kullanılabilirlik çalışması da gerçekleştirildi. Çalışma bulgularından; hem katyonik hem de anyonik boyaların tamamı için adsorpsiyonun yalancı ikinci derece kinetik model (R2 > 0,99) ve Langmuir izoterm modeliyle (R2 > 0,99) daha uyumlu olduğu gözlendi. Langmuir modelinden, 298 K'de maksimum adsorpsiyon miktarları (qm); SKL üzerine MB, 500 mg/g, CV, 625 mg/g, MGO, 1250 mg/g ve [KL-aşı-GMA]-TEPA üzerine RBBR, 91,74 mg/g, RR120, 76,34 mg/g, RY160, 83,33 mg/g olarak belirlendi. Sıcaklık arttıkça adsorpsiyon kapasitesinin de arttığı gözlendi. Tüm boyalar için adsorpsiyon sürecinin endotermik ve istemli olduğu belirlendi. Sentetik deniz suyu ortamında dahi adsorpsiyon veriminin etkilenmemesi ve etkin bir tekrar kullanılabilirlik imkânı sayesinde SKL ve [KL-aşı-GMA]-TEPA'nın sırasıyla katyonik ve anyonik boyalar için kullanılabilecek oldukça etkin adsorbanlar olduğu görülmektedir. Ayrıca hem anyonik hem de katyonik boyar maddelerin su ortamından uzaklaştırılmasını içeren bu çalışma bütüncül bir yaklaşımı da beraberinde getirmektedir. Böylece su kirliliği ile mücadele gibi hayati bir uygulama alanına ve bilimsel literatüre ciddi bir katkı sunulmuştur.

Abstract:
In this study, an eco-friendly approach, which takes its source from the environment, has been developed. In addition, the fact that the hemp fiber (HF) chosen as the adsorbent raw material is a natural polymeric material and the focus on grafting and modification of this natural polymer in the study indicates an innovative approach. In the first part of the study, the usability of the bioadsorbent prepared by modifying the supplied hemp fiber with H2SO4 in the removal of cationic pollutants Methylene Blue (MB), Crystal Violet (CV), Malachite Green Oxalate (MGO) dyes from aqueous solution was investigated. In the second part, hemp fiber was first grafted with Glycidyl Methacrylate (GMA) and then modified with Tetraethylenepentaamine (TEPA) to prepare semi-synthetic polymeric bioadsorbent. The usability of the prepared grafted modified bioadsorbent in the removal of anionic pollutants Remazol Brilliant Blue R (RBBR), Reactive Red (RR120) and Reactive Yellow (RY160) dyes from aqueous media was investigated. Prepared adsorbents (SHF and TEPA-(GMA-g-HF)) were characterized in detail using various techniques (SEM-EDX, STEM, FTIR, BET, XRD, TGA, Boehm Titration, pHpzc). During the adsorption studies carried out with the batch method the effects of adsorbent amount, pH, time, dye initial concentration and temperature were investigated. Kinetic, isotherm and thermodynamic parameters were determined. The effects of different ions in the solution on adsorption were investigated by conducting studies in the synthetic seawater medium. In addition, desorption and reusability studies were also carried out. From the findings of the study; for both cationic and anionic dyes, the adsorption was observed to be more consistent with the pseudo-second order kinetic model (R2 > 0.99) and the Langmuir isotherm model (R2 > 0.99). From the Langmuir model, the maximum adsorption amounts (qm) at 298 K; MB onto SKL: 500 mg/g, CV: 625 mg/g, MGO: 1250 mg/g and onto TEPA-(GMA-g-HF) RBBR: 91.74 mg/g, RR120: 76.34 mg/g, RY160: 83.33 mg/g was determined. It was observed that the adsorption capacity increased as the temperature increased. It was determined that the adsorption process for all dyes was endothermic and spontaneous. SHF and TEPA-(GMA-g-HF)  appear to be highly effective adsorbents that can be used for cationic and anionic dyes, respectively, thanks to the almost unaffected adsorption efficiency and effective reusability even in synthetic seawater environment. In addition, this study, which includes the removal of both anionic and cationic dyestuffs from the water environment, brings a holistic approach. Thus, a significant contribution has been made to a vital field of application such as the fight against water pollution and to the scientific literature.