Kitosan, nanopartikül ve ayçiçeği bitkisi temelli yeni biyosorbent malzeme üretilmesi ve boya giderme amacıyla kullanılabilirliğinin araştırılması

Abstract

Yapılan çalışmada, biyo ve nanobiyosorbent madde üretimi amacıyla ülkemizde yetişen bir hammadde olan ayçiçeğinin atık tablası kullanılarak yeni nesil adsorbentlerin sentezlenmesi amaçlanmıştır. Ayçiçeği tablası tozu ve kitosan kullanılarak polimer hale getirilerek biyosorbent boncuklar üretilmiştir. Bu boncukların yüzeyine yine yeşil sentez yöntemiyle sentezlenen demir oksit (Fe3O4) nanopartikülü yüklenerek malzeme modifiye edilmiştir. Ayrıca modifiye edilen demir oksit (Fe3O4) yüklü malzeme ile boya gideriminde fenton reaksiyonu uygulanmıştır. Sentezlenen biyosorbent malzemeler ile metilen blue (MB), direkt blue 15 (DB15) ve reaktif black 5 (RB5) boyar maddelerinin biyosorpiyonu çalışılmıştır. Biyosorbent maddelerin boyar madde biyosorpsiyonunda optimum çalışma koşulları belirlenmiştir. Sentezlenen biyo ve nanobiyosorbent maddelerinin boyar maddeler ile etkileşimleri öncesi ve sonrasında meydana gelen yüzeysel ve moleküler değişimler (UV-vis, SEM-EDAX, TEM, FT-IR ve XRD) gibi farklı karakterizasyon yöntemleri ile açıklanmıştır. Yapılan deneysel çalışmalarda sabit sıcaklıkta adsorbe edilen madde miktarı ile konsantrasyon arasındaki ilişkiyi açıklamak amacıyla yaygın olarak kullanılan Langmur ve Freundlich izoterm hesaplamaları yapılmıştır. 12.5, 25 ve 50 mg/L boya konsantrasyonlarında biyorsorbent maddeler ile biyosorpsiyonun birinci ve ikinci dereceden reaksiyon denklemine uygunluğu araştırılmıştır. Termodinamik sabitleri hesaplanarak çalışmanın doğası belirlenmiştir ve genel olarak biyosorpsiyonun spontan (kendiliğinden) gerçekleştiği sonucuna varılmıştır. Deneysel aşamalarda optimum koşullar belirlendikten sonra bu koşullarda yapılan biyosorpsiyonda metilen blue boyasının %98,0, direkt blue 15 boyasının %97,22 ve reaktif black 5 boyasının ise %98,15 oranında atık sulardan giderildiği sonucuna varılmıştır. Son olarak boya gideriminin ardından atık sorbentler ile geri kazanım çalışmaları yapılmış ve boyaların sorbent madde yüzeyinden tekrar kazanılabileceği belirlenmiştir. Yapılan tüm çalışmalar neticesinde çevre dostu yeni nesil yöntemle sentezlenen biyosorbent maddelerin endrüstri alanında sıklıkla yer alan boyar maddelerin gideriminde kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Ayrıca kitosan ve ayçiçeği bocuklarına demir oksit (Fe3O4) nonapartikülü yüklenerek modifiye edilen biyosorbentlerin fenton reaksiyonu ile kitosan ayçiçeği bocuklarına göre daha fazla boya giderdiği yapılan çalışmalar sonucunda belirlenmiştir.

In this study, it is aimed to synthesize new generation adsorbents by using waste table of sunflower which is a raw material grown in our country for the production of bio and nanobiosorbent materials. Biosorbent beads were produced by polymerizing sunflower seed powder and chitosan. Iron oxide (Fe3O4) nanoparticle synthesized by green synthesis method was loaded onto the surface of these beads and the material was modified. In addition, fenton reaction was applied for dye removal with modified iron oxide (Fe3O4) loaded material. Biosorption of methylene blue (MB), Direct blue 15 (DB15) and reactive black 5 (RB5) dyes with synthesized biosorbent materials were studied. Optimum working conditions for dye biosorption of biosorbent materials were determined. The superficial and molecular changes (UV-vis, SEM-EDAX, TEM, FT-IR and XRD) of the synthesized bio and nanobiosorbents before and after the interactions with dyes were explained by different characterization methods. In the experimental studies, Langmur and Freundlich isotherm calculations which are commonly used to explain the relationship between the amount of substance adsorbed at constant temperature and concentration have been made. The suitability of biosorption with biorsorbent substances at 12.5, 25 and 50 mg / L dye concentrations to the first and second order reaction equation was investigated. The nature of the study was determined by calculating the thermodynamic constants and it was concluded that biosorption was spontaneous in general.After determining the optimum conditions in the experimental stages, it was concluded that the methylene blue dye was removed from the wastewater by 98.0%, the Direct blue 15 dye by 97.22% and the reactive black 5 dye by 98.15%. Finally, after dye removal, recovery studies were carried out with waste sorbents and it was determined that the dyes could be recovered from the sorbent material surface. As a result of all the studies, it was concluded that biosorbent substances synthesized by environmentally friendly new generation method can be used for removal of dyes commonly used in industry. In addition, chitosan and sunflower beads (Fe3O4) modified by loading nonaparticle biosorbents fenton reaction with chitosan than sunflower beads were determined to remove more dye than the results.