Manyetik ve antimikrobiyal özellikli çinko-demir (Znf) bazlı nanoparçacıklar ile atıksulardan renk gideriminin incelenmesi: Renk giderim mekanizmasının araştırılması
Investigation of decolorization from wastewater by magnetic and antimicrobial Znf nanoparticles: The observation of decolorization mechanism
Yazar: GÖKHAN TEKİNERDOĞAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. FERDA GÖNEN
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Endüstride kullanılmakta olan modern sentetik boyaların yüksek derecede stabiliteye ve
derişime sahip olmaları sebebiyle oldukça fazla kirlilik yüküne sebep olmaları, bu boyaları içeren
atıksuların alıcı deşarjında alıcı ortam için büyük tehdit oluşturmaktadır. İlk aşamada öncelikle
ZnF bazlı nanomalzemeler birlikte çöktürme metodu ile sentezlenmiş daha sonra bu
malzemelerle Acid Blue 29 ve Reactive Black 5 boyarmaddelerini içeren sentetik atıksulardan
renk giderimi kesikli sistemde incelenmiştir. Nanopartiküllerin adsorpsiyon öncesi ve sonrası
karakterizasyonu için SEM, FT–IR ve XRD analizleri yapılmış ve bulgular karşılaştırılmıştır.
Renk giderimi üzerinde etkin olan pH, sıcaklık, boyarmadde derişimi ve nanomalzeme miktarları
gibi parametreler incelenerek spektrofotometrik analiz yardımıyla optimum renk giderim
koşulları tespit edilmiştir. Deney sonuçlarından optimum renk giderim sıcaklığı AB 29 ve RB 5
için sırasıyla 35 ℃ ve 45 ℃, optimum pH AB 29 ve RB 5 için 2 olarak belirlenmiştir. Optimum
koşullarda dengedeki birim adsorbent kütlesi başına adsorplanan boyarmadde miktarı AB 29 ve
RB 5 için sırasıyla 1489,79 mg g-1 and 97,48 mg g-1, giderim yüzdesi AB 29 ve RB 5 için sırasıyla
%98,83 ve %82,21 olarak tespit edilmiştir. Dengenin modellenmesi amacıyla adsorpsiyon
verilerine Langmuir, Freundlich and Temkin izoterm modelleri uygulanmış, AB 29-ZnF
sisteminin en iyi Langmuir modeliyle temsil edildiği, RB-5 adsorpsiyon sisteminin ise Temkin
modeliyle uyum sağladığı belirlenmiştir.
Weber-Morris ve Boyd modellerine göre AB 29 ve RB 5 boyarmaddelerinin ZnF bazlı
nanomalzemeye adsorpsiyonunda hem iç hem de dış difüzyon etkilerinin etkin olduğu sonucuna
varılmıştır. Ayrıca kinetik parametrelere göre, AB 29-ZnF ve RB 5-ZnF adsorpsiyon sistemlerinin
ikinci dereceden kinetik modele uyum sağladığı belirlenmiştir.
Belirlenen ΔH, ΔS ve ΔG gibi termodinamik parametreler AB 29-ZnF adsorpsiyon
sisteminin ekzotermik (ΔH<0), istemli (ΔG<0) ve katı/sıvı ara yüzeyinde yapısal değişim
olmaksızın yürüyen (ΔS<0) bir sistem olduğunu ispatlamıştır. RB 5-ZnF adsorpsiyonun ise
endotermik ve istemli (ΔH>0, ΔG<0) bir sistem olduğu sonucuna varılmıştır.
Gerçekleştirilen bu çalışma ile manyetik özellik gösteren, antimikrobiyal ve birden fazla
uygulamaya uygun kompozit nanomalzemelerin atıksulardan renk gideriminde yüksek verimle
kullanılabileceği belirlenmiştir.

Abstract:
Modern synthetic textile dyes that cause high pollution load depending on their high
stability and concentration used in industry poses a great threat to the receiving environment
during the discharge of wastewater containing these dyes. In this study, firstly, Zn F based
nanomaterials were synthesized by co-precipitation method and then the color removal from
synthetic wastewaters containing Acid Blue 29 and Reactive Black 5 dyes was investigated by
these nanoparticles in batch system. SEM, FT–IR and XRD analysis were used for the
characterizations of the nanoparticles before and after adsorption and the analysis results were
compared. The parameters such as pH, temperature, dye and nanoparticle concentration which
are effective on the color removal were examined and optimum color removal conditions were
determined by spectrophotometric analysis. From the experimental results, the optimum
removal temperatures were determined as 35 ℃and 45 ℃, the optimum removal pH values were
determined as 2 for AB 29 and RB 5, respectively. The adsorbed dye amount per unit mass of
adsorbent was determined as 1489.79 mg g-1 and 97.48 mg g-1, and the percentages dye removal
was determined as 98.83% and 82.21% for AB 29 and RB 5, respectively.
Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm models were applied to adsorption data in
order to characterize the equilibrium, it was determined that the experimental data of AB 29-ZnF
system were best represented with Langmuir and Freundlich isotherm model and also RB 5-ZnF
adsorption system was compatible with Temkin model.
According to Weber-Morris and Boyd models, it has been concluded that both internal
and external diffusion effects are effective in the adsorption of AB 29 and RB 5 dyes to ZnF based
nanomaterials. In addition according to the kinetic parameters, AB 29-ZnF and RB 5-ZnF
adsorption systems well fitted to the pseudo second order kinetic model.
The determined thermodynamic parameters such as ΔH, ΔS and ΔG were proved that AB
29-ZnF adsorption system was exothermic (ΔH<0), spontaneous (ΔG<0) and system occurring
without any structural changes on solid/solution interface (ΔS<0). It was concluded that RB 5-
ZnF adsorption system was endothermic and spontaneous ( ΔH>0, ΔG<0).With this study, it has
been determined that antimicrobial and multi-application composite nanomaterials can be used
with high efficiency in wastewater color removal.