Remazol ultra kırmızı RGB boyasının sulu çözeltilerden palmiye yaprakları ve lifleri kullanılarak adsorpsiyonunun yanıt yüzey metodu ile optimizasyonu
Optimization of remazol ultra red RGB dye adsorption from aqueous solutions onto palm leaves and fibers by using response surface method
Yazar: SETENAY SEVİMLİ
Danışman: PROF. DR. BELMA ÖZBEK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Cevap yüzey yöntemi = Response surface methodology ; Palmiye = Palm ; RGB renk modeli = RGB color model

Özet:
Su kirliliği insan hayatını ve diğer canlıların hayatını önemli ölçüde tehdit eden bir problemdir. Boyalar gıda, kozmetik, tekstil gibi birçok alanda kullanılmaktadır ve su kirliliğine neden olan kirleticilerden biridir. Remazol Ultra Kırmızı RGB boyası, elyaf ile kovalent bağ oluşturmasından dolayı esas olarak selüloz elyaflarını boyamak için 
tekstil endüstrisinde kullanılan reaktif boyalardan biridir. Bu reaktif boyayı sulu çözeltilerden uygun şekilde uzaklaştırmak çevre ve insan sağlığı açısından büyük önem taşımaktadır. Sulu çözeltilerden boyayı uzaklaştırmak için birçok yöntem kullanılmaktadır ve bu yöntemlerden biri adsorpsiyondur. Adsorpsiyon birçok avantaja sahip olduğu için en çok tercih edilen yöntemdir. Adsorpsiyonun avantajları arasında basit tasarımı, çevre dostu olması, yüksek verimliliği, düşük maliyeti ve kolay uygulanabilirliği sayılabilir. Adsorpsiyon işlemi için, çevre dostu, verimli, ekonomik ve kolay bulunabilir bir adsorban kullanmak önemlidir. Bu çalışmada, tarımsal atık olan palmiye yaprakları ve lifleri, Remazol Ultra Kırmızı RGB boyasını sulu çözeltilerden uzaklaştırmak için kullanılmıştır. Adsorpsiyon işlemi üzerine, sıcaklık, pH ve adsorban dozajı parametrelerinin etkisi incelenmiştir. Design Expert programı ile Yanıt Yüzey Metodolojisi kullanılarak adsorpsiyon deneylerinden elde edilen veriler optimize edilmiştir. Palmiye yaprakları kullanılarak gerçekleştirilen adsorpsiyon deneyleri; başlangıç Remazol Ultra Kırmızı RGB boya konsantrasyonu 100 ppm'de sabit tutularak farklı sıcaklık (25 °C, 35 °C ve 45 °C), pH (2, 3 ve 4) ve adsorban dozajı (0.5 g/200 mL, 1.25 g/200 mL ve 2.0 g/200 mL) değerlerinde 60 dakika temas süresinde yapılmıştır. Adsorpsiyon deneylerinden elde edilen verilerin Design Expert programına yüklenmesi ile elde edilen sonuçlara göre enerji tasarrufu dikkate alınarak optimum proses parametreleri; sıcaklık 25 °C, pH = 3 ve adsorban dozajı 2.0 g/200 mL olarak belirlenmiştir. Bu şartlar altında elde edilen Remazol Ultra Kırmızı RGB giderimi % 90.77 ve birim başına adsorplanan Remazol Ultra Kırmızı RGB miktarı (qe) ise 9.08 mg/g olarak bulunmuştur. Optimum proses şartlarında; palmiye yaprakları kullanılarak yapılan deneyler ile en 
uyumlu izoterm model ve en uyumlu kinetik model belirlenmiştir. Adsorpsiyon izoterm modeli için Langmuir, Freundlich, Temkin ve Dubinin-Radushkevich izoterm modelleri incelenmiş olup en uyumlu izoterm modelin Freundlich İzoterm Modeli 
olduğu sonucuna varılmıştır. Adsorpsiyon kinetik modeli için ise Yalancı Birinci Dereceden, Yalancı İkinci Dereceden, Elovich, Partikül İçi Difüzyon ve Boyd Plot kinetik modelleri incelenmiş olup en uyumlu kinetik modelin Yalancı İkinci 
Dereceden Kinetik Modeli olduğu sonucuna varılmıştır. Palmiye liflerinin Remazol Ultra Kırmızı RGB boyasının sulu çözeltilerden giderimi üzerine etkisini incelemek için palmiye yaprakları ile yapılan deneyler sonucunda elde edilen en yüksek giderimin elde edildiği koşullarda (T = 35 °C, pH = 2, AD = 2.0 g/200 mL) deney yapılmıştır. Ancak bu deney sonucunda yeteri kadar iyi giderim gözlenmediği için sıcaklık sabit tutularak (35 °C), farklı pH (1 ve 2) ve adsorban 
dozajı (2.0 g/200 mL ve 4.0 g/200 mL) değerlerinde 2 adet daha deney yapılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda; T = 35 °C, pH = 2, AD = 4.0 g/200 mL koşullarında en yüksek giderim % 62.18 olarak bulunmuştur. Sonuç olarak; elde edilen veriler sulu çözeltilerden Remazol Ultra Kırmızı RGB boyasının gideriminde palmiye yapraklarının herhangi bir ön işlem gerektirmeden kullanılarak oldukça yüksek giderim sağladığı ve adsorpsiyon işlemlerinde tekrar kullanılabilirlik özelliğine sahip olduğu tespit edilmiştir. Palmiye yaprakları ile kıyaslandığında, palmiye liflerinin yeteri kadar iyi bir adsorban olmadığı sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Water pollution is a problem that threatening human life and the life of other living things. Dyes are one of the pollutants that cause water pollution in many industries such as; food, cosmetics, textiles, etc. Remazol Ultra Red RGB dye is one of the reactive dyes used in the textile industry mainly used to dye cellulose fibers due to their capability making covalent bonds with fiber. Removing this reactive dye from aqueous solutions is important for the environment and human health. Many methods are used to remove dye from aqueous solutions and one of them is adsorption. Adsorption is the most commonly used method because it has many advantages. The advantages of adsorption include its simple design, eco-friendly, high efficiency, low price and easy applicability. Using an eco-friendly, economical and easy to find adsorbent is important for the adsorption process. In this study, palm leaves and fibers which they are agricultural waste were used to remove Remazol Ultra Red RGB dye from aqueous solutions. The effects of temperature, pH and adsorbent dosage parameters on the adsorption process were investigated. The data obtained from the adsorption experiments were optimized using the Response Surface Methodology with the Design Expert program. Adsorption experiments were carried out using palm leaves; the initial Remazol Ultra Red RGB dye concentration was kept constant at 100 ppm, at different temperatures (25 °C, 35 °C and 45 °C), pH (2, 3 and 4) and adsorbent dosage (0.5 g/200 mL, 1.25 g/200 mL and 2.0 g/200 mL). These experiments were carried out at a contact time of 60 minutes. According to the results obtained by uploading the data obtained from the adsorption experiments to the Design Expert program with considering energy saving, the optimum process parameters; temperature was determined as 25 °C, pH = 3 and adsorbent dosage was determined as 2.0 g/200 mL. Under these conditions, the Remazol Ultra Red RGB removal rate was found as 90.77 % and the amount of Remazol Ultra Red RGB adsorbed in g adsorbent (qe) was found as 9.08 mg/g. The most suitable isotherm model and the most suitable kinetic model were determined by experiments using palm leaves carried out under optimum process conditions. For the adsorption isotherm studies, Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevich isotherm models were investigated and the most suitable isotherm model was found as the Freundlich Isotherm Model. For the adsorption kinetic studies Pseudo First-Order, Pseudo Second-Order, Elovich, Intra-particle Diffusion and Boyd Plot kinetic models were models were investigated and the most suitable kinetic model was found as the Pseudo Second-Order Kinetic Model. To examine the effect of palm fibers on the removal of Remazol Ultra Red RGB dye from aqueous solutions; the experiment was carried out under the experimental condition of which the highest removal obtained for palm leaves (T = 35 °C, pH = 2, AD = 2.0 g/200 mL). However, the result obtained from this experiment have shown that the efficient removal was not observed. Therefore, two more experiments were carried out at different pH (1 and 2) and adsorbent dosage (2.0 g/200 mL and 
4.0 g/200 mL) values at the constant temperature (35 °C). The highest removal was obtained as 62.18 % at T = 35 °C, pH = 2 and 4.0 g/200 mL of adsorbent dosage. As a result; it has been determined that palm leaves which are agricultural waste were used as an efficient, high performance and reusable adsorbent to remove the Remazol Ultra Red RGB dye without any pre-treatment. In addition to that, it was concluded that palm fibers are not good enough as an adsorbent when compared to palm leaves.