Kil katkılı poli(hipe) adsorban üzerinde metil moru boyar maddesinin adsorpsiyonu: Kinetik, izoterm ve termodinamik incelemeler
Methyl violet 2B dye adsorption onto a surface modified poli(hipe)composite by clay adsorbent: Kinetic, isotherm, and thermodynamic studies
Yazar: SEMİH SAYGI
Danışman: PROF. DR. NEVİM SAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Dünyamızı tehdit eden problemlerin başında, sanayileşmenin artması ile birlikte temiz su kaynaklarının her geçen gün hızla azalması gelmektedir.  Su, tüm canlıların yaşamı için temel gereksinimdir, bu yüzden su kaynaklarının temiz kalabilmesi genel bir ihtiyaçtır. Çeşitli kaynaklardan çıkan atıklarla kirlenen su ortamlarının, yeniden kullanılabilir hale gelebilmesi için uygulanan fiziksel ve/veya kimyasal pek çok yöntem mevcuttur. Koagülasyon, flokülasyon, filtrasyon, ileri oksidasyon teknikleri ve adsorpsiyon sulardaki atık maddeleri uzaklaştırmak için kullanılan yöntemlerin en bilenenleridir. 
Atık sulara karışan kimyasal maddelerin başında ise organik esaslı, büyük molekül ağırlığına sahip boyar maddeler gelir. Boyar maddeler yapıları gereği, canlılar üzerinde olumsuz etkiler oluşturacak özelliğe sahip ve kanser yapıcı maddelerdir. Görüntü problemlerinin yanında boyar maddeler yüksek renk yoğunlukları ile su ortamına giren güneş ışınlarının miktarını azaltırlar.
Adsorpsiyon; atık sulara çeşitli yollarla karışmış olan boyar maddelerin uzaklaştırılmasında basit, ucuz ve kolay kullanılan bir yöntem olduğundan tercih edilir. Adsorpsiyon işlemlerinde en etkin parametrelerden biri de uygun adsorban seçimidir. Seçilen adsorban doğal esaslı olabileceği gibi sentetik esaslı da olabilmektedir. Sentetik esaslı adsorbanlar, desorpsiyon işlemlerinden sonra defalarca kullanılabildiklerinden özellikle tecih edilirler.  Bu çalışmada Yalova Üniversitesi, Polimer Mühendisliği öğretim üyelerinden Doç. Dr. E.Hilal Mert ve Prof. Dr. Sinan Şen  tarafından sentezlenen  kil ile katkılandırılmış bir polİ(HIPE) kompozit, adsorban olarak seçilmiştir. Çalışmamızda kullanılan poli(HIPE), 1,3-bütandiol dimetakrilat esaslı bir emülsiyon polimeridir ve değişik miktarlarda  montmorillonit kili ile katkılandırılarak  poli(HIPE) kompozit haline getirilmiştir.   
Katyonik esaslı bir boyar madde olan metil moru bu çalışmada kirletici olarak seçilmiştir. Metil moru boyar maddesinin, kil katkılı poli(HIPE) kompozit adsorban ile adsorpsiyonu, karıştırma hızı ve sıcaklığı ayarlanabilen yatay çalkalamalı  kesikli bir çalkalayıcıda yapılmıştır. Adsorpsiyon işlemi üzerine Metil Moru' nun başlangıç konsantrasyonunun, adsorban miktarının, temas süresinin, sıcaklığın ve pH' ın etkisi incelenmiştir.
Adsorpsiyon işlemi, Langmuir ve Freundlich izoterm modelleri kullanılarak incelenmiştir. İşlemin Langmuir izotermine daha iyi uyduğu bulunmuştur. Kinetik açıdan yalancı ikinci mertebe hız modelinin adsorpsiyon verilerini düzenlemek için uygun olduğu görülmüştür. Ayrıca parçacık içi difüzyon grafiklerinden adsorpsiyon işleminin iki aşamalı olarak gerçekleştiği görülmüştür. Gibbs serbest enerjisi  -5.37 (60oC için) kJ mol-1, entalpi  +41.45 kJ mol-1 ve adsorpsiyon entropisi 0.14 kJ mol-1 K-1 olarak bulunmuştur. Bulunan bu sonuçlar, incelenen adsorpsiyon işleminin endotermik olarak kendiliğinden gerçekleştiğini göstermiştir. Ayrıca, adsorpsiyon entropisinin pozitif olması, adsorpsiyon işleminde yürütücü kuvvetin entropi olduğunu göstermiştir. Arrhenius eşitliği kullanılarak hesaplanan aktivasyon enerjisinin değeri ise 62.24 kJ  mol-1 dir.

Anahtar Kelimeler: adsorpsiyon, adsorpsiyon izotermleri, poli(HIPE) emülsiyonlar,  adsorpsiyon kinetiği, adsorpsiyon termodinamiği, adsorpsiyon aktivasyon enerjisi, metil moru boyar maddesi

Abstract:
At the beginning of the problems threatening our world, with the increase of industrialization, clean water resources are rapidly decreasing day by day. Water is a basic necessity for the life of all living things, so it is a general requirement that water resources can be kept clean. There are many physical and / or chemical methods that can be used to reuse the waters contaminated with wastewater from various sources. Coagulation, flocculation, membran filtration, advanced oxidation techniques and adsorption are the most commonly used methods to remove waste materials in the wastewater.
At the beginning of the chemical substances involved in the wastewater are organic-based dyes with a large molecular weight. Aesthetic problems are the adverse effect of using the dye which it can occur by discharging the dyes into water body. Also, dyes have been shown the toxic to aquatic life. Dyes can be toxic due to presence of carcinogen compounds in their structure. Moreover, high color densities of the dyes reduce light penetration.
Adsorption process is one of the most efficient methods used for the removal of dyes from wastewaters. The design and efficient operation of adsorption process has been found to be effective and cheap. One of the most effective parameters in adsorption processes is the relevant adsorbent choice. The selected adsorbent can be either natural or synthetic based. Synthetic based adsorbents are particularly well suited because they can be used many times after desorption. In this study, a clay-doped poly (HIPE) composite adsorbent synthesized by Assoc. Prof. Dr. E.Hilal Mert and Prof. Dr. Sinan Şen from Yalova University Polymer Engineering Faculty were selected as adsorbents. Poly (HIPE) is an emulsion polymer based on 1,3-butanediol dimethacrylate and has been made into poly (HIPE) composites by varying amounts of montmorillonite clay.
In this study, methyl violet 2B, a cationic based dyestuff, was used as a contaminant. Adsorption studies were performed in batch type a shaker. The effect of different parameters initial concentration of methyl violet 2B, adsorbent dose, contact time, temperature and pH were investigated on the adsorption process.
The adsorption data have been analysed using Langmuir and Freundlich isotherm models. The equilibrium data were best represented by the Langmuir isotherm.  The adsorption kinetics were found to follow the pseudo-second order kinetic model. The adsorption reaction was controlled by the intra-particle diffusion along with the boundary layer diffusion. The free energy of Gibbs was found to be -5.37 kJ mol-1 (for 60oC), 41.45 kJ mol-1 of enthalpy, and 0.14 kJ mol-1 K-1 of adsorption entropy. These results have been evaluated and adsorption process was feasible, spontaneous and endothermic in nature. Furthermore, the positive affinity of adsorption entropy indicates that entropy is the driving force in the adsorption process. The value of the activation energy was calculated using the Arrhenius equation is 62.24 kJ mol-1.

Keywords: adsorption, adsorption isotherms, poli(HIPE) emulsions,  adsorption kinetics, adsorption thermodynamic,  adsorption activation energy, methyl violet 2B dye