Bentonite immobilize edilmiş lakkaz enzimi ile tekstil boyar maddelerinin giderimi
Removal of textile colourants with bentonite immobilized laccase enzyme
Yazar: ÖMER TOKUCU
Danışman: PROF. DR. NURDAN SARAÇOĞLU ; DOÇ. DR. MÜJGAN OKUR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Bentonit = Bentonite ; Boyar maddeler = Dyestuffs ; İmmobilizasyon = Immobilization ; İmmobilize enzimler = Immobilized enzyme

Özet:
Tekstil endüstrileri, yaş dokuma prosesleri için çok büyük miktarlarda su ve kimyasal tüketmektedirler. Gerek boyamada gerekse diğer işlemlerde kullanılan bu organik ve inorganik formdaki bileşikler, alıcı sulara renkli atık sular olarak verilerek hem fotosentetik aktiviteyi azaltır, hem de ortamın pH dengesini bozarak biyolojik ve kimyasal oksijen ihtiyacını (BOD ve COD) arttırır. Bu da sularda daha yoğun bir renk oluşmasına neden olur. Ayrıca boyar maddelerin bazı sucul organizmalarda birikmesi zehirli ve kanserojen ürünlerin meydana gelme riskini de beraberinde getirmektedir. Bu nedenle boyar madde içeren tekstil endüstrisi atık sularının renk giderim prosesleri ekolojik açıdan önem kazanmaktadır. Ancak kompleks kimyasal yapılarına ve sentetik kökenlerine bağlı olarak, boyar maddelerin parçalanması oldukça zor bir işlemdir. Birçok fiziksel (filtrasyon, iyon değişimi, adsorpsiyon vb.), kimyasal (oksidasyon, kimyasal çöktürme vb.) ve biyolojik (aerobik ve anaerobik arıtım vb.) arıtma yöntemi, azo boyar maddelerin giderilerek suyun renksizleştirmesini sağlayabilmek için uygulanmaya çalışılmıştır. Fiziksel ve kimyasal arıtma yöntemlerinin yüksek maliyet gerektirmelerinin yanı sıra, yeni çevre problemleri oluşturmaları, kısa ömürlü olmaları ve her boyar madde çeşidine etki etmemeleri sebebiyle yeni yöntemler aranmaya başlanılmıştır. Bu da biyolojik arıtma yöntemlerini ucuz ve etkili olmalarından dolayı ön plana çıkarmaktadır. Bu çalışmada, lakkaz enzimi, destek malzeme olarak saf bentonite pH 5 ve 25°C'de immobilize edilmiştir. İmmobilizasyon verimine; immobilizasyon süresi (4-24 saat) ve enzim derişiminin (1-3 mg/ml) etkisi incelenmiştir. En yüksek immobilizasyon verimi 4 saat immobilizasyon süresinde ve 2 mg/ml enzim derişiminde elde edilmiştir. Diğer yandan serbest enzim aktivitesi üzerinde farklı pH değerlerinin (pH 4 – pH 8) etkisi incelenmiş ve en yüksek aktivite pH 6'da elde edilmiştir. Saf bentonite immobilize edilmiş enzim ve serbest enzim Remazol Red RR boyar maddesinin giderim işlemlerinde kullanılmıştır. İmmobilize lakkaz enzimi ile gerçekleştirilen boyar madde giderim çalışmalarında, en yüksek giderim 20 mg/L boyar madde derişiminde %52 olarak elde edilmiştir. İmmobilize enzim ile boyar madde giderimine immobilize enzim miktarının ve boyar madde derişiminin etkisi incelenmiştir. İmmobilize enzimin boyar madde gideriminde tekrar kullanılabilirliği incelenmiş ve 5 tekrar sonunda enzimin aktivitesinin %32'sini koruduğu gözlemlenmiştir. Son olarak, bentonit CTAB ve GPTMS ile modifiye edilmiş ve modifikasyonun boyar madde giderimindeki etkisi incelenmiştir. Boyar madde derişimi 20 mg/L, pH 5 ve 30°C ortamında GPTMS-lakkaz ile %14,39 ve CTAB-lakkaz ile %95,99 boyar madde giderimi elde edilmiştir.

Abstract:
Textile industries consume huge amounts of water and chemicals for wet weaving processes. These organic and inorganic compounds, which are used both in dyeing and in other processes, are given to the receiving waters as colored wastewater, reducing the photosynthetic activity and increasing the biological and chemical oxygen demand (BOD and COD) by disrupting the pH balance of the environment. This results in a more intense color in the waters. In addition, the accumulation of dyestuffs in some aquatic organisms brings the risk of toxic and carcinogenic products. In this context, the color removal processes of textile industry wastewater containing dyestuffs gain ecological importance. However, depending on their complex chemical structures and synthetic origins, the degradation of dyestuffs is a very difficult process. Many physical (filtration, ion exchange, adsorption, etc.), chemical (oxidation, chemical precipitation, etc.) and biological (aerobic and anaerobic treatment, etc.) treatment methods have been tried to be applied to ensure the decolorization of water by removing azocolourants. In addition to the high cost of physical and chemical treatment methods, new methods have been sought because they create new environmental problems, they are short-lived and they do not affect every paint type. This brings biological treatment methods to the fore because they are cheap and effective. In this study, laccase enzyme was immobilized to bentonite clay as a support material at pH 5, 25°C. The effects of immobilization time (4-24 hours) and enzyme concentration (1-3 mg/ml) on immobilization efficiency were investigated. The highest immobilization efficiency was obtained at the immobilization time of 4 hours and at the enzyme concentration of 2 mg/ml. In addition, the effect of different pH values (pH 4 – pH 8) on free enzyme activity was studied and it was observed that the highest activity value was obtained at pH 6. Pure bentonite immobilized enzyme and free enzyme were used in the removal of Remazol Red RR dyestuff. In the dyestuff removal studies performed with immobilized laccase enzyme, the highest removal was obtained as 52% at 20 mg/L dyestuff concentration. The effect of immobilized enzyme amount and dyestuff concentration on dyestuff removal with immobilized enzyme was investigated. The reusability of the immobilized enzyme in dye removal was examined and it was observed that the enzyme retained 32% of its activity after 5 repetitions. Finally, bentonite was modified with CTAB and GPTMS, and the effect of the modification on dye removal was determined. At 20 mg/L, pH 5, 30°C environment, GPTMS-laccase and CTAB-laccase reached the highest removal rate. The percentage of removal was 14.39% for GPTMS-laccase and 95.99% for CTAB-laccase.