Sulu çözeltilerden metilen mavisinin fındık kabuğu yüzeyine adsorpsiyon ve adsorpsiyon kinetiği

Abstract

Bu çalışmada sulu çözeltilerden atık boyarmaddelerin giderimi için düşük maliyetli bir adsorbent olan fındık kabuğu yüzeyinde metilen mavisinin (MM) adsorpsiyon ve adsorpsiyon kinetiği incelenmektedir. Adsorpsiyon deneyleri, farklı başlangıç MM konsantrasyonlarında, pH'larda (3-9), iyon şiddetlerinde (0.0-0.1 mol/L), tane boyutlarında (0-200 ? m) ve sıcaklıklarda (25-55 0C); adsorpsiyon kinetiği deneyleri ise farklı karıştırma hızlarında (200-400 rpm), başlangıç MM konsantrasyonlarında (1x10-4-3x10-4 mol/L), pH'larda (3-9), iyon şiddetlerinde (0.0-0.1 mol/L), tane boyutlarında (0-200 ? m) ve sıcaklıklarda (30-60 0C) incelendi.Adsorpsiyon dengesine erişmek için 24 saatlik sürenin yeterli olduğuna karar verildi. MM'nin giderim derecesi, çözelti pH'sı, iyon şiddeti ve sıcaklıktaki artma ve tane boyutundaki azalma ile arttı. Denge verileri, Langmuir ve Freundlich izotermleri kullanılarak analiz edildi ve izoterm parametreleri hesaplandı. Sonuçlar Langmuir izoterminin, denge verileri ile oldukça iyi bir uyum içerisinde olduğunu gösterdi. MM için fındık kabuğunun 25, 35, 45 ve 55 0C'de maksimum adsorpsiyon kapasitesinin sırasıyla 2.14x10-4, 2.17x10-4, 2.20x10-4 ve 2.31x10-4 mol/g olduğu belirlendi. Adsorpsiyon ısısı değerinden adsorpsiyon prosesinin endotermik bir proses olduğu bulundu. Sonuçlar MM ile fındık kabuğu yüzeyinde güçlü bir etkileşimin olduğunu gösterdi.Fındık kabuğu yüzeyinde MM'nin adsorpsiyon hızı ve kinetiği, Lagergren birinci derece, yalancı ikinci mertebe, kütle transfer katsayısı ve intra-partikül difüzyon modelleri kullanılarak incelendi. Kinetik analizler deneysel verilerin yalancı ikinci mertebe kinetik modelle oldukça iyi bir uyum içinde olduğunu ortaya çıkardı. Başlangıç adsorpsiyon hızındaki en fazla artış, sıcaklıktaki artmayla gözlendi ve bunu sırasıyla pH ve MM'nin konsantrasyonundaki artış izledi. İntra-partikül difüzyonun, adsorpsiyon prosesinde hız-belirleyici basamak olduğu belirlendi. Adsorpsiyon aktivasyon enerjisinin değeri 45,6 kJ/mol olarak ve serbest enerji (?G*), entalpi (?H*) ve entropi (?S*) gibi termodinamik aktivasyon parametrelerinin değerleri ise sırasıyla 83.4 kJ/mol, 42,96 kJ/mol ve -133,45 J/mol K olarak hesaplandı.ANAHTAR KELİMELER: Fındık kabuğu, adsorpsiyon izotermi; metilen mavisi; adsorpsiyon kinetiği; boyar madde; tanecik içi difüzyon

This paper presents a study on the adsorption and adsorption kinetics of a basic dye, methylene blue (MB), from aqueous solution onto ground hazelnut shell in order to explore its potential use as a low-cost adsorbent for wastewater dye removal. Batch adsorption studies were carried out by varying initial dye concentration, initial pH value (3-9), ionic strength (0.0-0.1 mol/L), particle size (0-200 ? m) and temperature (25-55 0C); adsorption kinetic works the contact time, stirring speed, initial dye concentration, pH, ionic strength, particle size and temperature.A contact time of 24 h was required to reach equilibrium. The extent of the MB removal increased with increasing in the solution pH, ionic strength and temperature but decreased with increase in the particle size. The equilibrium data were analysed using the Langmuir and Freundlich isotherms. The characteristic parameters for each isotherm were determined. By considering the experimental results and adsorption models applied in this study, it can be concluded that equilibrium data were represented well by Langmuir isotherm equation. The maximum adsorption capacities for MB were 2.14x10-4, 2.17x10-4, 2.20x10-4 and 2.31x10-4 mol/g at temperature of 25, 35, 45 and 55 0C, respectively. Adsorption heat revealed that the adsorption of MB is an endothermic in nature. The results indicated that the MB strongly interacts with the hazelnut shell powder.The rate and the transport/kinetic processes of MB adsorption were described by applying the first-order Lagergren model, the pseudo-second-order model, mass transfer coefficient model and the intraparticle diffusion model. Kinetic studies showed that the kinetic data were well described by the pseudo-second-order kinetic model. Significant increases in initial adsorption rate were observed with the increase in temperature followed by pH and initial MB concentration. The intraparticle diffusion was found to be the rate-limiting step in the adsorption process. Adsorption activation energy was calculated to be 45.6 kJ/mol. The values of thermodynamic parameters such as free energy (?G*), enthalpy (?H*) and entropy (?S*) were also determined as 83.4 kJ/mol, 42,96 kJ/mol and -133,45 J/mol K, respectively.KEY WORDS: Hazelnut shell; adsorption isotherm; methylene blue; kinetics of adsorption; dye; intra-particle diffusion.