Atık su uygulamalarına yönelik biyomalzeme katkılı çift fonksiyonlu manyetik nanokompozit sentezi

Abstract

Sanayileşmenin plansız ve hızlı yayılımı nedeniyle temiz su kaynakları ciddi oranda kirlenmektedir. Özellikle tekstil endüstrisi üretimlerine bağlı olarak oluşan atık su miktarı her geçen gün artmakta ve dünya çapında su kirliliğine neden olmaktadır. Dünya genelinde sınırlı miktarda bulunan ulaşılabilir temiz su rezervlerinin çeşitli toksik maddelerle kirlenmesi insan ve diğer tüm canlıların yaşamı için endişe vericidir. Bu sebeple tekstil endüstrisi başta olmak üzere endüstrinin birçok alanında yaygın olarak kullanılan Metilen Mavi (MM) ve Parlak Mavi R (PMR) boyar maddelerinin atık sulardan giderimi amaçlanmıştır. Seçilen boyaların adsorpsiyon ve fotokatalitik degradasyon prosesleri kullanılarak giderimi için üç farklı manyetik nanokompozit malzeme (MNK) tasarlanmıştır. Yapılan tez çalışmasında, adsorpsiyon prosesi için; molar birleşme oranı 1:1:1:1 olan Fe3O4/ZnO/CuO/ Gleditsia triacanthos (MNK1) ve Fe3O4/ZnO/CuO/Cynara scolymus (MNK2) olmak üzere iki farklı nanoadsroban sentezlenmiştir. Gerçekleştirilen ön denemeler sonucunda elde edilen veriler doğrultusunda çalışmanın MNK1 ile sürdürülmesine karar verilmiştir. MNK1 ile MM boyar maddesinin su ortamından adsorpsiyonla giderimi için kesikli sistemde; pH, adsorban miktarı, adsorbat derişimi, temas süresi, tuz etkisi, adsorpsiyon-desorpsiyon döngüsü ve gerçek atık su parametreleri çalışılmıştır. MM için optimum adsorpsiyon koşulları; 0,05 g adsorban miktarı için, 60 dk. temas süresi, 25 mg L-1 adsorbat derişimi ve pH: 7,17 (boya çözeltisinin orijinal pH değeri) olarak belirlenmiştir. Fotokatalitik degradasyon prosesi için; molar birleşme oranı 1:1:5:1 olan Fe3O4/ZnO/5CuO/ Gleditsia triacanthos (MNK3) nano fotokatalizörü sentezlenmiştir. PMR için optimum fotokatalitik degradasyon koşulları; 254 nm dalga boyu ışıkta, 0,02 g fotokatalizör miktarı, 120 dk temas süresi, 25 mg L-1 adsorbat derişimi ve pH: 7,54 (boya çözeltisinin orijinal pH değeri) olarak seçilmiştir. Adsorpsiyon verileri yalancı birinci dereceden, yalancı ikinci dereceden, tanecik içi difüzyon kinetik modelleri ve Langmuir, Freundlich, Dubinin-Radushkevic (D-R) izoterm modelleri ile değerlendirilmiştir. MNK'lerin karakterizasyonu, SEM, FT-IR, UV/GB, Zeta Potansiyeli, DLS ve Mössbauer Spektroskopisi ile gerçekleştirilmiştir. MNK'lerin, sitotoksisitelerinin analizinde MTT (3-(4,5-dimetildiyazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolyum bromür) ve LDH (Laktat Dehidrogenaz) teknikleri kullanılmıştır. Anahtar Kavramlar: Atık su, boyar madde giderimi, manyetik nano kompozitler, fotokatalitik degradasyon, adsorpsiyon Bilim Kodu: 91520

The hasty and uncontrolled expansion of industrialization has led to severe contamination of clean water resources. The amount of wastewater, especially from the production of the textile industry, is increasing day by day and causes water pollution worldwide. Pollution of accessible clean water reserves, which are found in limited quantities throughout the world, with various toxic substances adversely affects the life of human beings and all other living things. For this reason, it is aimed to remove Methylene Blue (MB) and Bright Blue R (BBR) dyes, which are widely used in many areas of the industry, especially the textile industry, from wastewater. Three different magnetic nanocomposite materials (MNK) were designed for the removal of selected dyes via adsorption and photocatalytic degradation processes. In the thesis study, for the adsorption process; two different nano adsorbents were synthesized: Fe3O4/ZnO/CuO/ Gleditsia triacanthos (MNC1) and Fe3O4/ZnO/CuO/Cynara scolymus (MNC2) with a molar association ratio of 1:1:1:1. According to the data obtained from the preliminary experiments, it has been decided to continiue the study with MNC1. For the removal of MB dyestuff using MNC1 from water in the batch system; adsorption; pH, adsorbent amount, adsorbate concentration, contact time, salt effect, adsorption-desorption cycle and real wastewater parameters were studied. For 0.05 g adsorbent amount, optimum adsorption conditions for MB; were determined as; 60 min. contact time, 25 mg L-1 adsorbate concentration and pH: 7.17 (original pH value of the dye solution). For the photocatalytic degradation process; Fe3O4/ZnO/5CuO/ Gleditsia triacanthos (MNC3) nano photocatalyst with a molar coupling ratio of 1:1:5:1 was synthesized. Optimum conditions for photocatalytic degradation of BBR were determined to be 254 nm wavelength light, 0.02 g photocatalyst, 120 min contact time, 25 mg L-1 adsorbate concentration, and pH 7.54. (original pH value of the dye solution). Adsorption data were evaluated with pseudo-first-order, pseudo-second-order, intraparticle diffusion kinetic models and Langmuir, Freundlich, Dubinin-Radushkevic (D-R) isotherm models. Characterization of MNCs was performed by SEM, FT-IR, UV/GB, Zeta Potential, DLS and Mössbauer Spectroscopy. MTT (3-(4,5-dimethyldiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) and LDH (Lactate Dehydrogenase) techniques were used to analyze the cytotoxicity of MNKs. Key Terms: Waste water, dyestuff removal, magnetic nanocomposites, photocatalytic degradation, adsorption Science Code: 91520