Reactive Blue 3R ve Reactive Red P4BN tekstil boyar maddelerinin sulu çözeltilerden gideriminde balkabağı atıklarının adsorban olarak kullanılabilirliğinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, balkabağının dış kabuğu ve çekirdeklerinin kabuğundan oluşan atık (ABÇK) ile Reactive Blue 3R (RB) ve Reactive Red P4BN (RR) boyar madelerinin adsorpsiyonu üzerine pH, zaman, boyar madde konsantrasyonu, adsorban miktarı, adsorbanın tane boyutu ve sıcaklığın etkileri araştırılmıştır. ABÇK’ nın karakterizasyonu taramalı elektron mikroskobu (SEM), termogravimetrik analiz (TGA) ve Fourier dönüşümlü infrared spektroskopisi (FTIR) ile yapılmıştır. RB boyar maddesi için pH 3’ te ve RR boyar maddesi için pH 1’de en iyi giderimler elde edilmiştir. RB boyar maddesinin adsorpsiyon prosesinin 180 dk’da ve RR boyar maddesinin 300 dk’da dengeye ulaştığı belirlenmiştir. Her iki boyar maddenin adsorpsiyonu için adsorban dozajı 1 g/L iken en yüksek adsorplama kapasitelerine ulaşılmıştır. Ayrıca, adsorban tane boyutları küçüldükçe giderim yüzdelerinin arttığı gözlenmiştir. RB ve RR’nin adsorpsiyon kinetikleri incelendiğinde, her ikisinin de yalancı ikinci derece hız kinetiğiyle uyumlu olduğu belirlenmiştir. Çalışılan adsorpsiyon proseslerinin denge verileri her iki boyar madde için Langmuir izotermine uygun olduğu bulunmuştur. Sıcaklık çalışmalarına göre, ABÇK üzerine RB boyar maddesinin adsorpsiyonu için sıcaklığın artmasıyla adsorpsiyon yüzdesinin arttığı, RR boyar maddesinin adsorpsiyonu için ise; sıcaklığın artmasıyla adsorpsiyon yüzdesinin azaldığı görülmüştür. RB boyar maddesinin adsorpsiyonu için adsorpsiyon entalpisi (ΔH 0 ) 41.49 kJ mol−1 olarak bulunmuş ve adsorpsiyon reaksiyonunun endotermik olduğu belirlenmiştir. Entropi (ΔS0 ) ise 139.65 J mol−1K −1 olarak hesaplanmıştır. ΔS0 ’ın pozitif değeri katı-çözelti ara yüzeyindeki artan rastgeleliği göstermiştir. RR boyar maddesinin adsorpsiyonu için ΔH0 değeri -38.94 kJ mol−1 olarak hesaplanmış ve adsorpsiyon reaksiyonunun ekzotermik olduğu belirlenmiştir. ΔS0 değeri ise -118.49 J mol−1K −1 olarak hesaplanmış ve bu negatif değer, katı-sıvı ara yüzeyindeki adsorbat moleküllerinin çözelti fazındakilere göre daha düzenli olduğunu göstermiştir. Her iki boyar madde için, çalışılan sıcaklık tüm değerlerinde Gibb's serbest enerjisi (ΔG0 ) değerleri negatif olarak hesaplanmıştır. Negatif ΔG0 değerleri adsorpsiyonun kendiliğinden gerçekleştiğini göstermiştir. Sonuç olarak, optimum proses şartları sağlandığında, sulu çözeltilerden boyar madde gideriminde ABÇK’nın adsorban olarak iyi bir verim sağladığı belirlenmiştir.

In this study, the adsorption of Reactive Blue 3R (RB) and Reactive Red P4BN (RR) dyes with the waste consisting of the outer shell and the shell of the seeds of the pumpkin (WSSP) was studied. The effects of pH, time, dye concentration, amount of adsorbent, particle size of adsorbent and temperature on the adsorption were investigated. Characterization of WSSP was done by scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR‒ATR). The best removal was obtained at pH 3 for the RB dye and at pH 1 for the RR dye. It was determined that the adsorption process of RB dye reached equilibrium in 180 min and RR dye in 300 min. While the amount of adsorbent for the adsorption of both dyes was 1 g/L, the highest adsorption capacities were reached. In addition, it was observed that the removal percentages increased as the adsorbent particle sizes decreased. When the adsorption kinetics of RB and RR dyes were examined, it was determined that both of them were compatible with the pseudo second order kinetics. Equilibrium data of both dyes for the adsorption processes were found suitable with Langmuir isotherm. According to the temperature studies, for the adsorption of the RB dye on the WSSP, the adsorption percentage increases with the increase in temperature, and for the adsorption of the RR dye; it was observed that the adsorption percentage decreased with increasing temperature. The adsorption enthalpy (ΔH0 ) for the adsorption of RB dye was found to be 41.49 kJ mol−1 and it was determined that the adsorption reaction was endothermic. The entropy (ΔS0 ) was calculated as 139.65 J mol−1K −1 . The positive value of ΔS0 indicated increased randomness at the solid-solution interface. The ΔH0 value for the adsorption of the RR dye was calculated as -38.94 kJ mol−1 and it was determined that the adsorption reaction was exothermic. The ΔS0 value was calculated as -118.49 J mol−1K −1 and this negative value showed that the adsorbate molecules at the solid-liquid interface are more ordered than those in the solution phase. For both dyes, Gibb's free energy (ΔG0 ) values were calculated as negative at all temperatures. Negative ΔG0 values indicated that the adsorption occurred spontaneously. As a result, it was determined that WSSP provides a good efficiency as an adsorbent in dye removal from aqueous solutions when optimum process conditions are provided.