Makroalg biyokütlesinden elde edilen aktif karbonların atık sulardan boyar madde gideriminde değerlendirilmesi
Assessment of activated carbons obtained from macroalgae biomass in the removal of dye from wastewater
Yazar: MELDA GÜLER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YUNUS EMRE ŞİMŞEK
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde büyük miktarlarda boyar madde nehirlere, göllere, denizlere ve toprağa kontrolsüz bir şekilde salınmakta, çevre ve insan sağlığı için çok ciddi bir tehdit oluşturmaktadır. Adsorpsiyon düşük maliyetli ve yüksek giderim kapasitesine sahip bir fiziksel yöntem olarak boyar maddelerin gideriminde kullanılmaktadır.
Bu tez çalışmasında, Vallisneria Spiralis makroalginden üç farklı yöntem ile üretilen aktif karbonların adsorpsiyon ile kongo kırmızısı boyar madde giderimi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Adsorpsiyon çalışmaları üç farklı tipte aktif karbon üretimi ve karakterizasyonu içermektedir. Üretilen aktif karbonlar algin 500 °C'de termal bozundurulması (HAM), geleneksel olarak fosforik asit (H3PO4) aktivasyonu ve mikrodalga fosforik asit (H3PO4) aktivasyonu olarak gerçekleştirilmiştir. Farklı aktif karbon üretim yöntemlerinin aktif karbon üzerindeki etkileri ayrıntılı bir biçimde Elementel Analiz, FTIR, SEM-Mapping, TEM, BET ve Raman Spektroskopisi ile karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar sonucunda aktif karbonların yüzey morfolojilerinin ve komposizyonlarının değiştiği görülmüştür. İkinci aşamada üretilen aktif karbonların kongo kırmızısı boyar madde giderimindeki etkinliği araştırılmıştır. Adsorpsiyon çalışmalarını etkileyen parametreler pH, adsorban miktarı, sıcaklık, ilk boyar madde derişimi ve zaman olarak seçilmiş ve tüm deneyler kesikli reaktör sisteminde gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar değerlendirildiğinde çalışılan tüm sıcaklıklarda mikrodalga aktivasyonunun en yüksek giderim kapasitesine sahip olduğu görülmüştür. Yapılan kinetik çalışmalar sonucunda sıcaklığın giderim kapasitesi üzerinde fazla bir etkiye sahip olmadığı görülmüştür. İzoterm çalışmalarında literatürde rastlanan farklı tipte modeller için izoterm çalışmaları yürütülmüştür. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda adsorpsiyonun en yüksek Regresyon Katsayısı (R2) her üç aktif karbon için Sips modeline uyduğu sonucuna ulaşılmıştır.
Yapılan çalışma kapsamında elde edilen veriler incelendiğinde aktif karbonların boyar madde gideriminde etkin olduğu, özellikle kısa sürede mikrodalga ile aktive edilen ve üretilen adsorban kullanılması durumunda ise yüksek giderim kapasitelerine ulaşıldığı söylenebilmektedir.

Abstract:
Nowadays large amounts of dyes are released into rivers, lakes, seas and soil in an uncontrolled manner and pose a serious threat to the environment and human health. Adsorption is used in the removal of dyes as a physical method with low cost and high removal capacity.
In this thesis, studies on the removal of congo red dye by adsorption of activated carbons produced from Vallisneria Spiralis macroalgae by three different methods were examined. Adsorption studies included three different types of activated carbon production and characterization. The activated carbons produced were carried out by thermal degradation (HAM) of algae at 500 °C, conventional phosphoric acid (H3PO4) activation and microwave phosphoric acid (H3PO4) activation. The effects of different activated carbon production methods on activated carbon were characterized in detail by Elemental Analysis, FTIR, SEM-Mapping, TEM, BET and Raman Spectroscopy. As a result of these studies, it was observed that the surface morphologies and compositions of activated carbons changed. In the second stage, the effectiveness of the activated carbons produced in the removal of congo red dye was investigated. The parameters affecting the adsorption studies were selected as pH, biosorbent amount, temperature, initial dye concentration and time, and all experiments were carried out in the batch reactor system. When the results were evaluated, it was seen that microwave activation had the highest removal capacity at all temperatures studied. In the kinetic studies, it was seen that temperature did not have much effect on the removal capacity. In isotherm studies, isotherm studies were carried out for different types of models found in the literature. As a result of the experimental studies, it was concluded that the highest Regression Coefficient (R2) of adsorption fit the Sips model for all three activated carbons.
When the data obtained within the scope of the study were examined, it could be said that the activated carbons were effective in dye removal, and especially in the case of using biosorbents activated and produced by microwave in a short time, high removal capacities were achieved.