Pirinç kabuğu ve pirinç kabuğu silikası adsorbanları ile parlak yeşil boyarmaddesinin adsorpsiyonu: karakterizasyon ve kinetik çalışmalar
Brilliant green adsorption on rice husk and rice husk silica adsorbents: characterization and kinetic studies
Yazar: ÖZGE SALİHOĞLU
Danışman: PROF. DR. NEVİM SAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Endüstri çalışmaları sonucu sulara bırakılan atık boyalar hem suları kirletmekte hem de sucul yaşam ve insanlar için toksik ve kanserojen etki yaratmaktadır. Su kirliliği her geçen gün artarak, küresel bir sorun haline gelmektedir. Bu sorunu gidermek için kullanılan ve araştırılan pek çok yöntem mevcuttur.  Kolay ve etkili bir yöntem olarak adsorpsiyon işlemleri, onlarca yıldır sulu çözeltilerden boyaları uzaklaştırmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Adsorpsiyon işlemlerinde en önemli noktalardan biri kullanılacak adsorbanın seçimidir. Çünkü her adsorban her adsorbat molekülü için uygun değildir. Üstelik kullanılan adsorbanın ucuz ve kolay bulunur olması tercih nedenlerinin başında gelmektedir. Aktif karbon, adsorpsiyon işleminlerinde sıklıkla kullanılan adsorbanlardan biridir ancak pahalı olması bilim dünyasını yeni adsorbanlar aramaya itmiştir. Boyar maddelerin su ortamının uzaklaştırılmasında adsorban olarak etkin malzemelerin belirlenmesi ile ilgili çalışmalar devam etmektedir. Son on yıllardır ise çalışmalar doğal adsorbanlar üzerine yoğunlaşmıştır. Bu doğal ürünler genellikle atıklardan oluşmaktadır. Atık bir ürünün bir başka atığın ortamdan uzaklaştırılmasında kullanımı oldukça cazip bir süreçtir.
Bu çalışmada da doğal, tarımsal bir atık olan pirinç kabukları ve bu pirinç kabuklardan üretilen silika (amorf yapılı SiO2) organik esaslı bir boyarmadde olan Parlak Yeşil'in, PYb, (Brillant Green) su ortamında uzaklaştırılmasında adsorban olarak kullanılmıştır. Kesikli işlemde gerçekleştirilen adsorpsiyon işleminden önce her iki adsorban için de yapı ve yüzey karakterizasyonu incelenmiştir. Karakterizasyon amacıyla FT-IR, SEM, BET analiz tekniklerinden yararlanılmıştır. Ayrıca her iki adsorbanın sıfır yük noktaları bulunmuştur.
En uygun adsorpsiyon koşullarını belirlemek için adsorbat konsantrasyonu, adsorban miktarı, sıcaklık, temas süresi ve pH etkisi incelenmiştir. Adsorpsiyon işlemi için optimum adsorban miktarı 0,8 g L-1 ve pH değeri ise 7,0 olarak belirlenmiştir. Kullanılan adsorbanların kapasitesini belirlemek için Langmuir ve Freundlich izotermleri çizilmiştir. İzotermler adsorpsiyon mekanizması aydınlatılmasında kullanılmıştır. Adsorpsiyon kinetiğini incelemek içinde yalancı birinci mertebe, yalancı ikinci mertebe ve parçacık içi difüzyon modelleri denenmiştir. PK ve PK-SiO2 için en yüksek adsorpsiyon kapasiteleri sırayla 32,36 ve 53,48 mg g-1 bulunmuştur. Adsorpsiyon işleminin termodinamik parametrelerini belirlemek için farklı sıcaklıklarda denemeler yapılmıştır. Adsorbanların dayanıklığını belirlemek içinde iki farklı desorpsiyon çözeltisi ile kesikli sistemde desorpsiyon çalışmaları yapılmıştır.

Abstract:
Waste dyes released into the water as a result of industrial studies both pollute the water and create a toxic and carcinogenic effect for aquatic life and people. Water pollution has increased day by day and has become a global problem. There are many methods used and investigated to address this problem. As an easy and effective method, adsorption processes has been widely used for decades to remove dyes from aqueous solutions. One of the most important points in adsorption processes is the selection of the adsorbent to be used. Because not every adsorbent is suitable for every adsorbate molecule. Moreover, the fact that the adsorbent used is low price and ease of availability is among the reasons for preference. Activated carbon is one of the adsorbents that are frequently used in adsorption processes, but its high cost has made the scientific world look for new adsorbents. Studies on determining effective materials as adsorbent in the removal of dyes from the water environment are ongoing. For the past decades, studies have focused on natural adsorbents. These natural products generally consist of waste. The use of a waste product to remove another waste from the environment is a very attractive process.
In this study, rice shells, which is a natural, agricultural waste, and Silica (SiO2), which is a silica (amorphous SiO2) produced from these rice shells, were used as adsorbent in the removal of (Brillant Green) water environment. Structure and surface characterization in both adsorbents were examined before the adsorption process performed in the batch process. FT-IR, SEM, BET analysis techniques were used for characterization. In addition, zero load points of both adsorbents were found.
To determine the most suitable adsorption conditions, adsorbent concentration, adsorbent amount, temperature, contact time and PH effect were examined. The optimum adsorbent amount for the adsorption process is 0.8 g L-1 and the pH value is 7.0. Langmuir and Freundlich isotherms were drawn to determine the capacity of the adsorbents used. Isotherms were used to illuminate the adsorption mechanism. To study the adsorption kinetics, pseudo-first order, pseudo-second order and intraparticle diffusion models have been tried. The highest adsorption capacities for PK and PK-SiO2 were 32.36 and 53.48 mg g-1, respectively. Trials were carried out at different temperatures to determine the thermodynamic parameters of the adsorption process. Desorption studies were carried out in batch system with two different desorption solutions to determine the durability of the adsorbents.