NiO ve ZnO bazlı nanomalzemeler ile boyarmadde adsorpsiyonu: cevap yüzey yöntemi, denge, kinetik ve termodinamik analiz yaklaşımı

Abstract

Bu çalışmada, tekstil endüstrisinde kullanılan ve çevre için önemli kirlilik nedeni olan boyarmaddelerden Telon Blue AGLF ve Reactive Black 5'in NiO ve ZnO nanopartiküllerine adsorpsiyonu kesikli sistemde incelenmiştir. Telon Blue AGLF'nin NiO veZnO malzemesine adsorpsiyonunda optimum ortam koşulları; başlangıç pH'ı 2.0, sıcaklık 30oC, başlangıç boyarmadde derişimi 100 mg/L ve adsorbent derişimi 1 g/L olarak belirlenmiştir. Reactive Black 5'in NiO malzemesine adsorpsiyonunda ise optimum ortam koşulları; başlangıç pH'ı 2.0, sıcaklık 40oC, başlangıç boyarmadde derişimi 100 mg/L ve adsorbent derişimi 1 g/L olarak belirlenmiştir.Telon Blue AGLF ve Reactive Black 5'in NiO ve ZnO malzemesine adsorpsiyonunda dengenin modellenmesi amacıyla deneysel verilere Langmuir, Freundlich ve Temkin izoterm modelleri uygulanmış; adsorpsiyonlara ait denge verilerinin en iyi Langmuir izoterm modeli ile temsil edileceği sonucuna varılmıştır.Telon Blue AGLF ve Reactive Black 5'in NiO ve ZnO'ya adsorpsiyonu prosesleri reaksiyon kinetiği açısından incelendiğinde yalancı ikinci derece kinetik modele daha iyi uyum gösterdiği saptanmıştır.Telon Blue AGLF' nin ZnO'ya ve Reactive Black 5'in NiO'ya adsorpsiyonunda farklı sıcaklıklardaki veriler değerlendirilerek; ΔH, ΔG ve ΔS gibi termodinamik parametreler belirlenmiştir. Telon Blue AGLF' nin ZnO'ya ve Reactive Black 5'in NiO'ya adsorpsiyonun ekzotermik (ΔH<0), istemli (ΔG<0) ve katı/sıvı ara yüzeyinde yapısal değişim olmaksızın yürüyen (ΔS<0) sistemler olduğunun sonucuna varılmıştır. Telon Blue AGLF'nin NiO' ya adsorpsiyonun endotermik veistemli (ΔH>0, ΔG<0, ΔS>0), sistemler olduğu sonucuna varılmıştır.Telon Blue AGLF ve Reactive Black 5'in NiO ve ZnO'ya adsorpsiyonunda kullanılan adsorbentlerin adsorpsiyon öncesi ve sonrası karakterizasyonu için SEM, FT–IR ve XRD analizleri yapılmış ve bulgular karşılaştırılmıştır.Önemli adsorpsiyon parametreleri olan pH, sıcaklık, başlangıç boyarmaddederişimi ve adsorbent derişiminin boya % giderimine etkilerini incelemek üzere Cevap Yüzey Yöntemi (RSM) kullanılmıştır. Cevaplar ve proses değişkenleri arasındaki etkileşimi elde etmek ve verileri incelemek üzere ANOVA analizi kullanılmıştır. Giderim yüzdelerinin tahmin edilmesi için ikinci dereceden regresyon modelleri, Design Expert 9.0.6 yazılım programı kullanılarak geliştirilmiştir. Klasik yöntemle elde edilen optimum adsorpsiyon parametreleri RSM Yöntemi ile bulunan optimum parametreler ile karşılaştırılmıştır.

In this study, the adsorption of Telon Blue AGLF and Reactive Black 5which were mainly useddyestuffs in textile industry and the major cause of pollution for the environment was investigated onto NiO and ZnO nanoparticles in a batch mode. The optimumadsorption conditions forTelon Blue AGLF adsorption onto NiO and ZnO nanoparticles were determined as initial pH 2.0, temperature 30oC, 100 mg/L initial dye concentration and 1 g/L adsorbent concentration. The optimumadsorption conditions for Reactive Black 5 adsorption onto NiO was determined initial pH as 2.0 and 6.0, temperature 40oC, initial dye concentration 100 g/L and 1 g/L as adsorbent concentration.Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm models were applied to adsorption data in order to characterize the equilibrium, it was concluded that the experimental data of Telon Blue AGLF and Reactive Black 5 adsorption onto NiO and ZnO were best represented with Langmuir isotherm model.Then, it was determined that the processes of Telon Blue AGLF and Reactive Black 5 adsorption onto NiO and ZnO well fitted to the pseudo second order kinetic model.The thermodynamic parameters such as ΔH, ΔS and ΔG were determined by evaluating the adsorption data at different temperatures for Telon Blue AGLF and Reactive Black 5 adsorption onto ZnO and NiO. It was concluded that Telon Blue AGLF adsorption onto ZnO and Reactive Black 5 adsorption onto NiO processes were exothermic (ΔH<0), spontaneous (ΔG<0) and systems occurring without any structural changes on solid/solution interface (ΔS<0). It was concluded that Telon Blue AGLF adsorption onto NiO process wasendothermic and spontaneous (ΔS>0, ΔH>0, ΔG<0) SEM, FT – IR and XRD analysis were carried out for the characterizations of the used adsorbents before and after adsorption and the findings were compared.At last, Response Surface Methodology was used to investigate the effects of the four adsorption parameters (pH, temperature, initial dye concentration and adsorbent concentration) on % dye removal. ANOVA test was used to analyse the data and to obtain the interaction between the process variables and the responses. The second-order regression model was obtained to predict the dye removal percent by using Design Expert 9.0.6software programme.The optimum adsorption parameters obtained by the classical method were compared with the optimum parameters found by RSM Method.