Aktif karbon-kil-aljinat kompozit malzemesinin sentezi, karakterizasyonu ve adsorbent özelliklerinin belirlenmesi: Metilen mavisi boyar maddesinin adsorbsiyonunun araştırılması

Abstract

Bu çalışmada; aktif karbon, kil ve aljinat kullanılarak uygun yöntemle kompozit küre ve filmler sentezlenmiş, sentezlenen aktif karbon-kil-aljinat (AC-C-Alg) kompozit kürelerine tekstil endüstrisinde kullanılan ve atık sular ile alıcı ortama verilen ticari ismi Methylene Blue olan Metilen Mavisi boyar maddesinin adsorpsiyonu kesikli bir sistemde incelenmiştir. MM boyar maddesinin AC-C-Alg kompozit kürelerine adsorpsiyonunda optimum ortam koşulları; başlangıç pH'ı 10.0, sıcaklık 25oC, başlangıç boyar madde derişimi 100 mg/L ve adsorbent derişimi 1.0 mg/L olarak belirlenmiştir. Belirlenen optimum koşullarda MM'nin AC-C-Alg kompozit filmlerine adsorpsiyonu kesikli bir sistemde gerçekleştirilmiş; küre ve filmlerin adsorpsiyon kapasiteleri ve % verimleri karşılaştırılmıştır. Kompozit küreler, kompozit filmlere göre daha yüksek giderim verimine sahip olduğu belirlenmiştir.MM'nin AC-C-Alg'a adsorpsiyonunda denge verilerine Langmuir, Freundlich ve Dubinin – Radushkevich (D – R) iztoterm modelleri uygulanmış; MM'nin AC-C-Alg'a adsorpsiyonu dengesinin Langmuir izoterm modeline daha iyi uyduğu gözlemlenmiştir. Kompozit kürelerin Metilen Mavisi boyar maddesini maksimum tek tabaka adsorplama kapasitesi Langmuir izoterm modelinden 546.149 mg/g olarak belirlenmiştir. MM'nin AC-C-Alg'a adsorpsiyonunda denge verilerinin D – R modeline uygulanması ile adsorpsiyon serbest enerji değerinin 8 kj/mol'den düşük olduğu; dolayısıyla MM'nin AC-C-Alg'a adsorpsiyonun fiziksel adsorpsiyon olduğu belirlenmiştir.MM'nin AC-C-Alg'a adsorpsiyonu kinetiği verilerine yalancı birinci ve yalancı ikinci mertebe kinetik modelleri uygulanmış; MM'nin AC-C-Alg'a adsorpsiyonu kinetiğinin yalancı ikinci mertebe kinetik modele daha iyi uyduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, MM'nin AC-C-Alg kompozit küreleri ile gideriminde adsorpsiyona iç ve dış kütle aktarımının etkili olduğu belirlenmiştir.MM boyar maddesinin adsorpsiyonunda kullanılan AC-C-Alg'nin adsorpsiyon öncesi ve sonrası karakterizasyonu EDX, FT – IR, XRD ve SEM analizleri yapılmıştır. EDX elementel analiz sonuçlarına göre, boyar madde bileşimlerinin adsorbent yüzeyinde tutulduğu gözlemlenmiştir. XRD analiz sonuçlarına göre adsorbent yapısında düzensiz küçük kristalimsi yapıların olduğu gözlemlenmiştir. SEM analizi görüntüleri ile adsorbentin adsorpsiyon öncesi ve sonrası SEM görüntüleri karşılaştırıldığında, adsorbente boyar maddenin tutunduğu ve gözeneklerin boyar madde katyonlarınca doldurulduğu gözlemlenmiştir.

In this study; composite beads and films synthesized by the convenient method using activatied carbon, clay and alginate. The adsorption of commerially name as Methlyne Blue (MM) dyestuff, given into receiving waters with textile industry, onto synthesized Activatied Carbon-Clay-Alginate (AC-C-Alg) composite beads were investigated in a batch system. The optimum environmental conditions in MM adsorption onto Activatied Carbon-Clay-Alginate (AC-C-Alg) composite beads scale were determined as 10.0 intial pH, 25 oC temperature, 100 mg/L initial dye concentration and 1 g/L adsorbent concentration. İn this optimum conditions, MM onto Activatied Carbon-Clay-Alginate (AC-C-Alg) composite films were investigated in a batch system. Adsorption capacities and % yield of beads and films are compared. Composite beads higher yield than composite films.Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin – Radushkevich isotherm models were aplied to data in order to be correlated the equilibrium, it was concluded that the experimental data of MM adsorption onto AC-C-Alg could be best represented with Langmuir isotherm model. From Langmuir isotherm; the determined as 546.149 mg/g. The free adsorption energies were found smaller than 8 kj/mole with applying Dubinin – Radushkevich isotherm model for the studied adsorption systems. This case in an evidence that MM was adsorbed onto AC-C-Alg physically.Pseudo first and Pseudo second order kinetic models were aplied to the kinetic of adsorption of methylene blue onto AC-C-Alg; determined that the processes of MM adsorption onto AC-C-Alg well fitted to pseudo second order kinetic model. Also, the internal and external diffusions were effective in the adsorption of MM onto AC-C-Alg.EDX, FT – IR, XRD and SEM analysis were carried out for the chacterization of the used adsorbents before and after adsorption an the finding were commented. After EDX analysis; it was determined that the dye composition was observed in the adsorbent surface. İt is not a change in the FT – IR spectrum; The adsorption process has been shown to physically realized. After the XRD analysis; it was observed that adsorbent structures have small irregular crstyalline structures. SEM analysis of images shows that the pores of the AC-C-Alg filled with the dye after adsorption.