Manyetik özellik kazandırılmış aktif karbon hazırlanması ve tekstil boyası uzaklaştırılması amacıyla kullanımının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada şeker pancarı küspesinden elde edilen aktif karbona (AC) manyetik özellik kazandırılmıştır. Demir tuzlarından çöktürme yöntemi ile manyetit sentezi sırasında ortama AC ilave edilmiştir. Elde edilen ürünün tanımlamasını yapabilmek için bir dizi karakterizasyon analizleri yapılmıştır. X-Işını Kırınım (XRD) yöntemi kullanılarak yapılan analizin sonucunda, aktif karbonun bünyesine manyetitin entegre edildiği bulunmuştur. Ürünün manyetik doygunluk değeri Titreşimli Örnek Manyetometresi (VSM) kullanılarak 11,2 emu/g olarak tespit edilmiştir. Brunauer-Emmet-Teller (BET) yöntemi ile yapılan analizin sonucundan, manyetik özellikli aktif karbonun (MAC) ve AC'nin yüzey alanları sırasıyla 49,0 m2/g ve 119,5 m2/g olarak belirlenmiştir. Barrett-Joyner-Halenda (BJH) yöntemi ile yapılan analizde, AC ve MAC'nin daha çok mezo (2,0-50,0 nm) gözeneklere sahip olduğu tespit edilmiştir. AC ve MAC'nin morfolojik analizi Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Alınan görüntülerde, AC'nin daha parlak ve gözenekli bir yüzeye sahip olduğu, MAC'nin de yine gözenekli ancak daha mat bir yüzeye sahip olduğu görülmüştür. X-Işını Floresans Spektrometresi (XRF), Fourier Kızılötesi Spektrometresi (FTIR) ve Enerji Dağılımı Spektrometresi (EDS) kullanılarak yapılan analizlerden elde edilen sonuçlarda, AC ve MAC'nin yapısında fosforik asit (H3PO4) aktivasyonundan gelen fosforun (P) varlığı tespit edilmiştir. Bunun yanında, MAC'ın yapısında ayrıca manyetitten (Fe3O4) gelen demirin (Fe) bulunduğu da belirlenmiştir. Yapılan zeta potansiyel ölçümlerinde AC'nin izoelektrik noktasının pH 4,10'da, MAC'nin ise pH 2,71'de olduğu bulunmuştur. Her iki adsorbanın sulu çözeltiden bir tekstil boyası olan Maxilon Blue GRL (%300)'ü uzaklaştırma davranışları değişen başlangıç boya konsantrasyonu, zaman, pH ve sıcaklık şartları altında incelenmiştir. AC ve MAC'nin boya tutma kapasitesinin zamanla, artan boya konsantrasyonu ve sıcaklıkla arttığı gözlenmiştir. En yüksek boya giderim değeri pH 7,0'da elde edilmiştir. Oda sıcaklığında en yüksek derişim değeri olan 25,0 mg/L boya çözeltisi kullanıldığında elde edilen en yüksek boya adsorpsiyon kapasite değerleri AC için 2,22 mg/g iken MAC için 2,47 mg/g olarak bulunmuştur. Adsorpsiyon kinetiği incelemesinde, adsorpsiyon olayının yalancı ikinci dereceden kinetikle ilerlediği ortaya koyulmuştur. Termodinamik değerlendirmesinde ise adsorpsiyon olayının kendiliğinden oluştuğu ve endotermik özellikli olduğu sonucuna varılmıştır. Yapılan adsorpsiyon izotermi değerlendirmesinden adsorpsiyon olayının Freundlich adsorpsiyon izotermine uyduğu anlaşılmıştır.

In this study, magnetic property has been gained to the active carbon (AC) obtained from the sugar beet pulp. For this purpose, AC has been added to the medium during the magnetite synthesis obtaining from iron salts by co-precipitation metod. A number of characterization analyzes have been carried out to identify the product obtained. As a result of the X-Ray Diffration (XRD) analysis, it has been found that magnetite is integrated into the active carbon matrix (MAC). The magnetic saturation value of the MAC was found to be 11.2 emu/g by using VSM. The surface areas of MAC and AC were determined as 49.0 m2/g and 119.5 m2/g, respectively, by performing Brunauer-Emmet-Teller (BET) surface area analysis. At the result of Barrett-Joyner-Halenda (BJH) porosity analysis, AC and MAC were found to have meso (2-50 nm) porosity. Morphological analysis of AC and MAC was performed by Scanning Electron Microcope (SEM). The images taken in show that AC has a brighter and porous surface, and MAC has a porous but more matt surface. X-Ray Fluoresans (XRF) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) analyzes showed that the AC had phosphorus (P) presence in the structure of the MAC from H3PO4 activation. In addition, it was also determined that iron (Fe) from magnetite (Fe3O4) was found in the structure of MAC. In the zeta potential measurements, it was found that the isoelectric point of AC is at pH 4.10 and MAC is at pH 2.71. The removal behavior of Maxilon Blue GRL (300%) of both adsorbents from the aqueous solution was investigated under the varying conditions such as initial dye concentration, time, pH and temperature. It was observed that the dye adsorption capacities of AC and MAC increased over time with increasing dye concentration and increasing temperature. The highest dye removal value was obtained at pH 7.0 to 9.0. The highest dye adsorption capacity values obtained at room temperature using 25.0 mg/L dye solution were found to be 2.22 mg/g for AC and 2.47 mg/g for MAC. When adsorption kinetics were investigated, it was revealed that the adsorption process proceeded from the pseudo second order kinetic. In the thermodynamic evaluation, it was concluded that the adsorption occurred spontaneously and endothermic. From the adsorption isotherm evaluation made, it is understood that the adsorption phenomenon corresponds to the Freundlich adsorption isotherm.