Mikrobiyal elektrokimyasal hücrelerde reaktif sarı 145 ve ponceau s boyalarının renk giderimi /
Yazar: RÜMEYSA EMİNE CEBECİOĞLU
Danışman: PROF. DR. TUNÇ ÇATAL
Üsküdar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Sanayileşmenin artmasıyla birlikte küresel bir çevre kirliliği sorunu ortaya çıkmıştır. Özellikle son yıllarda, oldukça toksik organik bileşikler dolaylı veya doğrudan çevreye salınır. Boyalar, böcek ilaçları, polisiklik aromatik hidrokarbonlar, ilaç atıkları ve ağır metaller ana atıklar olarak gösterilmektedir. En çok kullanılan boya maddeleri, aromatik aminler içeren azo boyalarıdır. Ponceau S açık kırmızı bir diazo boyadır ve tekstil endüstrisinde doğal materyallerin boyanmasında kullanılır. Reaktif Sarı 145 boya, tekstil endüstrisinde yaygın olarak kullanılan ve düşük biyodegradasyona sahip olan aromatik bir diğer azo boyadır. Mikrobiyal elektrokimyasal hücreler, elektrik ve hidrojen gibi yenilenebilir kaynaklardan enerji üretebilen alternatif sistemlerdir. Mikrobiyal elektrokimyasal hücrelerden olan, mikrobiyal yakıt hücreleri ve mikrobiyal elektroliz hücreleri, elektrojenik mikroorganizmalar kullanarak atık suyu işleyebilen küçük boyutlu yenilikçi teknolojilerdir. Mikrobiyal yakıt hücreleri ile azo boya varlığında eş zamanlı elektrik üretimi ve azo boya giderimi, çevre kirliliğinin önlenmesi noktasında yeni bir yaklaşım sağlayabilir. Bu nedenle,  Reaktif Sarı 145 ve Ponceau S gibi azo boyaların tek odacıklı mikrobiyal yakıt hücrelerinde elektrik üretimi üzerindeki etkileri renk giderim verimlilikleriyle birlikte incelenmiştir. Ayrıca, mikrobiyal elektrokimyasal hücrelerde operasyonlarında azo boyaların, elektrik ve hidrojen üretim verimlerine etkileri araştırılmıştır.  pH değerlerindeki değişiklikler, kimyasal oksijen ihtiyacı analizi, saatlik renk giderim oranı, boya absorbans taramaları ve memeli hücre kültüründe hücre canlılığı üzerine etkileri saptanmıştır. Mikrobiyal yakıt hücrelerinde sırasıyla 40 mg L-1, 10 mg L-1 ve 20 mg L-1 konsantrasyona sahip Reaktif Sarı 145 boyası ve 40 mg L-1 ve 20 mg L-1 konsantrasyona sahip Ponceau S boyası test edilmiştir. Farklı konsantrasyonlarda Ponceau S boyası (40 mg L-1, 10 mg L-1 ve 20 mg L-1) mikrobiyal elektroliz hücrelerinde hidrojen üretimi için test edilmiştir. Test edilen azo boyaların varlığında elektrik üretimi gözlenmiş, ancak 40 mg L-1 Reaktif Sarı 145 kullanılarak voltaj üretimini azalttığı saptanmıştır. Test edilen tüm konsantrasyonlarda Ponceau S varlığında, mikrobiyal elektroliz hücrelerinde hidrojen üretimi başarılmıştır.  Sonuç olarak, mikrobiyal elektrokimyasal hücreler kullanılarak, tekstil azo boya maddelerinin varlığında elektrik ve hidrojen üretiminin gerçekleştirilebileceği ve boya giderimlerinin sağlanabileceği kanısına varılmıştır.
 
Anahtar Kelimeler: Azo boya; Boya giderimi; Elektrik;  Hidrojen; Mikrobiyal yakıt hücresi; Mikrobiyal elektroliz hücresi

Abstract:
A global environmental pollution problem has arisen due to the increase in industrialization. Especially in recent years, highly toxic organic compounds are released indirectly or directly into the environment. Dyes, pesticides, polycyclic aromatic hydrocarbons, drug wastes and heavy metals are shown as main wastes. The most commonly used dyes are azo dyes containing aromatic amines. Ponceau S is a light red diazo dye and is used in the textile industry for dyeing natural materials. Reactive Yellow 145 dye is another aromatic azo dye which is widely used in textile industry and has low biodegradation. Microbial electrochemical cells are alternative systems that can generate energy from renewable sources such as electricity and hydrogen. Microbial fuel cells and microbial electrolysis cells, which are microbial electrochemical cells, are small-sized innovative technologies that can process wastewater using electrogenic microorganisms. Simultaneous electricity generation and azo dye removal in the presence of azo dye with microbial fuel cells can provide a new approach to preventing environmental pollution. Therefore, the effects of azo dyes such as Reactive Yellow 145 and Ponceau S on electricity production in single-chamber microbial fuel cells have been studied along with their color removal efficiencies. In addition, the effects of azo dyes on electricity and hydrogen production efficiencies were investigated in their operations in microbial electrochemical cells. Changes in pH values, chemical oxygen demand analysis, hourly color removal rate, dye absorbance scans, computational chemistry methods and effects on color removal mechanism and cell viability in mammalian cell culture were determined. Reactive Yellow 145 dye with a concentration of 40 mg L-1, 10 mg L-1 and 20 mg L-1 and Ponceau S dye with 40 mg L-1 and 20 mg L-1 concentration were tested in microbial fuel cells, respectively. Different concentrations of Ponceau S dye (40 mg L-1, 10 mg L-1 and 20 mg L-1) were tested for hydrogen production in microbial electrolysis cells. Electricity generation was observed in the presence of the azo dyes tested, but it was found to reduce voltage production using 40 mg L-1 of Reactive Yellow 145. Hydrogen production in microbial electrolysis cells was achieved in the presence of Ponceau S at all concentrations tested. As a result, it was concluded that by using microbial electrochemical cells, in the presence of textile azo dyes, electricity and hydrogen production can be realized and dye removal can be provided.

Keywords: Azo dyes; Dye removal; Electricity; Hydrogen; Microbial fuel cell; Microbial electrolysis cell