Metakaolen bazlı jeopolimer ile atıksulardan boyarmadde gideriminin deney tasarımı yöntemi ile incelenmesi
Investigation of dye removal from wastewaters with metakaolin-based geopolymer by experimental design method
Yazar: AYŞE YILMAZ
Danışman: PROF. DR. SİBEL AKAR ; DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKNUR KARA
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, MnO2 ile kaplı metakaolen bazlı jeopolimer (MKEJ) kullanılarak, sulu çözeltilerden Bismarck Kahverengi Y (BKY) boyarmaddesinin (Bazik Kahverengi 1) giderimi araştırılmıştır. Adsorpsiyon koşulları, Box-Behnken deney tasarımı (BBD) ile kesikli ve sürekli sistemlerde optimize edilmiştir. ANOVA sonuçları, adsorpsiyon verimini etkileyen kritik parametrelerin kesikli sistemde karıştırma süresi ve adsorban miktarı; sürekli sistemde ise akış hızı, hacim ve adsorban miktarı olduğunu göstermiştir. Yapılan deneysel çalışmalar sonrası kesikli sistemde adsorpsiyon verimi %96,71, adsorpsiyon kapasitesi 40,28 mg/g; sürekli sistemde ise bu değerler sırasıyla %96,14 ve 34,07 mg/g olarak bulunmuştur.
Adsorpsiyon sürecinde, yalancı-ikinci-dereceden kinetik modelinin zamana bağlı verileri en iyi şekilde açıkladığı bulunmuştur. Langmuir, Freundlich ve Dubinin-Radushkevich (D-R) izoterm modelleri ile değerlendirilen denge verilerinin D-R modeline uyum gösterdiği belirlenmiştir. Adsorbanın yapısal özelliklerini belirlemek için çeşitli analiz yöntemleri kullanılmıştır. Yüzey alanlarının ölçümünde Brunauer-Emmett-Teller (BET) yöntemi, termal stabilite ve bozunma analizlerinde Termogravimetrik Analiz (TGA) ve Diferansiyel Termal Analiz (DTA) tercih edilmiştir. Kristal yapıların incelenmesinde X-ışını Kırınımı (XRD), yüzey morfolojisi ve elementel bileşim analizlerinde Taramalı Elektron Mikroskobu ve Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (SEM-EDX) yöntemleri kullanılmıştır. Kimyasal bağlar ve fonksiyonel grupların analizi için Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopi (FTIR) yöntemi uygulanmıştır. Sonuçlar, metakaolen bazlı jeopolimerin (MKEJ), MnO2 modifiye formunun, BKY boyarmaddesini sulu çözeltilerden etkili bir şekilde uzaklaştırabileceğini göstermiştir. Bu bulgular, önerilen materyalin düşük maliyetli ve çevre dostu bir adsorban olarak kullanılabilirliğini desteklemektedir.

Abstract:
In this study, the removal of Bismarck Brown Y (BBY) dye (Basic Brown 1) from aqueous solutions using metakaolin-based geopolymer (MKEJ) was investigated. Adsorption conditions were optimized in batch and continuous systems by Box-Behnken experimental design (BBD). ANOVA results showed that the critical parameters affecting adsorption efficiency in the batch system were contact time and adsorbent amount and flow rate and adsorbent amount in the continuous system. The adsorption efficiency and the adsorption capacity were 96.71% and 40.28 mg/g, respectively in the batch system while these values were found to be 96.14% and 34.07 mg/g, respectively in the continuous system.
During the adsorption process, it was found that the pseudo-second-order kinetic model best explained the time-dependent data. The equilibrium data were evaluated with Langmuir, Freundlich, and Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherm models and determined to fit the D-R model. Various analysis methods were used to determine the structural properties of the adsorbent. Brunauer-Emmett-Teller (BET) method was used for surface area measurement, Thermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Thermal Analysis (DTA) were preferred for thermal stability and degradation analysis. X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy, and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (SEM-EDX) methods were used to analyze the crystal structures, surface morphology, and elemental composition. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) method was applied to analyze the chemical bonds and functional groups. The results showed that the metakaolin-based geopolymer (MKEJ) in the modified form with MnO2 can effectively remove BBY dyestuff from aqueous solutions. These findings support the feasibility of the proposed material as a low-cost and environmentally friendly adsorbent.