Şeker pancarı küspesi modifiye ürünleriyle sulu ortamlardan bazik boyar maddelerin giderilmesi

Tekstil endüstrisi atıksuları, suların kirlenmesine yolaçan önemli kirlilik kaynaklarından biridir. Boyar madde içerikli atıksular, estetik görünümün bozulmasına neden oldukları gibi bazı boyar maddelerin su ekosistemindeki degradasyon ara ürünleri toksik, mutajenik ve/veya kanserojeniktir. Bu nedenle boyar maddelerin atıksulardan uzaklaştırılması önem arz etmektedir. Tekstil atıksularının arıtımında adsorpsiyon yöntemlerinin kullanılabilmesi için tarımsal artıklardan yararlanılarak ucuz ve etkin adsorbentler yapımı üzerine yoğun araştırmalar yapılmaktadır.Bu çalışmada, önce, şeker pancarı küspesi (ŞPK) sodyum hidroksit çözeltisi ile etkileştirilerek saponifikasyon ürünü (SŞPK) elde edilmiştir. Takiben, saponifiye şeker pancarı küspesinin formaldehit, epiklorohidrin, sitrik asit ve fosforik asit ile etkileştirilmesiyle değişik modifiye ürünler (sırasıyla SŞPK-F, SŞPK-EKH, SŞPK-SA ve SŞPK-FA) elde edilmiştir. Daha sonra, modifiye ürünlerin bazı fiziksel, fizikokimyasal ve kimyasal özellikleri belirlenerek karakterizasyonu yapılmıştır. ŞPK modifiye ürünlerinin şişme kapasitesi ve su tutma kapasitesi gibi hidratasyon özelliklerinin, ham şeker pancarı küspesine göre daha düşük olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, modifiye ürünlerin suda ve asitte çözünmesinin çıkış maddesine göre daha az olduğu ve katyon değiştirme kapasitesinin de önemli derecede arttığı bulunmuştur. Şeker pancarı küspesi modifiye edilmekle sulu çözeltilere karşı daha kararlı ve katyon tutma yönüyle etkin bir adsorbent haline gelmektedir.Modifiye ürünlerin karakteristikleri ve bunlarla gerçekleştirilen pH, adsorbent dozu ve adsorbent türü belirleme denemelerinin sonuçları dikkate alınarak sistematik çalışma için epiklorohidrin modifiye ürünü (SŞPK-EKH) ve sitrik asit modifiye ürünü (SŞPK-SA) seçilmiştir. Bu modifiye ürünler kullanılarak sulu çözeltilerden Basic Red 46 (BR46) ve Basic Violet 7 (BV7) boyar maddelerinin giderilme özelliklerini belirlemek üzere kesikli sistemde adsorpsiyon deneyleri yapılmış ve boyar madde giderilmesi üzerine boyar madde başlangıç konsantrasyonu, süre ve sıcaklık parametrelerinin etkileri belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar adsorpsiyonda çok kullanılan kinetik ve izoterm modellerine uygulanmıştır. Ayrıca, sabit yataklı kolonda gerçekleştirilen deneylerle de sürekli sistemdeki bazik boya giderilme karakteristikleri belirlenmiştir. Diğer taraftan, kesikli ve sürekli sistemlerde destile su ve değişik çözeltilerle gerçekleştirilen testlerle boyar madde yüklenmiş adsorbentlerin boyar madde desorpsiyon yetenekleri saptanmıştır.Kesikli çalışmada, SŞPK­EKH ve SŞPK­SA modifiye ürünleriyle nötral ortamda boyar madde giderilmesinin 2 g/L adsorbent dozu ile 25°C'de, 360 dakikada dengeye ulaştığı bulunmuştur. Kinetik verilerin çeşitli modellere uygulanmasıyla elde edilen sonuçlar, kesikli adsorpsiyon prosesi için en uygun modelin yalancı ikinci derece kinetik model olduğunu göstermiştir. Bu modelden elde edilen hız sabitleri kullanılarak Arrhenius eşitliğinden hesaplanan aktivasyon enerjilerinin 10.82­17.27 kJ/mol arasında değiştiği bulunmuştur. Deneysel denge verileri çeşitli izoterm modelleri kullanılarak analiz edilmiş ve modifiye ürünlerle bazik boyar madde adsorpsiyonu için Langmuir izoterminin en iyi uyumu sağladığı bulunmuştur. 25-55°C arasındaki sıcaklıklar için SŞPK­EKH ve SŞPK­SA'nün Langmuir adsorpsiyon kapasitelerinin 0.447-0.511 mmol/g arasında olduğu belirlenmiştir. Langmuir enerji sabiti kullanılarak termodinamik parametreler hesaplanmış ve adsorpsiyon prosesinin endotermik olduğu bulunmuştur. SŞPK­EKH ve SŞPK­SA ile BR46 giderilmesi için ?Ho değerleri sırasıyla 18.11 ve 20.57 kJ/mol, BV7 için ilgili değerler sırasıyla 17.15 ve 22.86 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Serbest enerji değişimlerinin (?Go) negatif olması boya giderme prosesinin kendiliğinden olduğunu göstermektedir. Entropi değişimleri (?So) yaklaşık 0.15 kJ/mol.K olarak bulunmuştur. Aktivasyon enerjisi, adsorpsiyon entalpisi ve Dubinin­Radushkevich enerji sabiti dikkate alınarak yapılan değerlendirmelerde adsorpsiyon prosesindeki baskın mekanizmaların fiziksel adsorpsiyon ve iyon değişimi olduğu sonucuna varılmıştır.BR46 ve BV7'nin sürekli sistemdeki adsorpsiyonu SŞPK-EKH ve SŞPK-SA ile dolgulanmış kolonlarda incelenmiştir. SŞPK-SA için belirlenen kırılma noktasına (C/Co= 0.1) ulaşılıncaya kadar arıtılabilen boyar madde çözelti hacmi SŞPK­EKH için belirlenen değerlerden daha büyük olarak bulunmuştur. Diğer taraftan, doyma noktasına (C/Co= 0.9) ulaşılıncaya kadar SŞPK-SA ile arıtılabilen çözelti hacmi SŞPK­EKH için elde edilen değerlerden daha küçüktür. Sürekli sistemde her iki boyar madde için belirlenen adsorpsiyon yoğunlukları, kesikli sistemde elde edilen değerlerinden daha düşüktür. Sürekli sistemde kolonun performansını belirlemek amacıyla Bohart­Adams eşitliğinden kolon adsorpsiyon yoğunlukları da hesaplanmıştır. SŞPK-EKH ve SŞPK-SA ile gerçekleştirilen BR46 adsorpsiyon işlemi için Bohart-Adams eşitliğinden hesaplanan adsorpsiyon yoğunlukları sırasıyla 88.09 ve 91.63 mmol/(L-yatak hacmi), BV7 için ise sırasıyla 86.59 ve 78.91 mmol/(L-yatak hacmi)'dir.Destile su ve 0.001 N konsantrasyonundaki C6H8O7, HCl, NaOH çözeltileri ile kesikli ve sürekli sistemde desorpsiyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Kesikli ve sürekli sistemde HCl çözeltisi ile elde edilen desorpsiyon verimlerinin diğer vasıtalara göre daha yüksek olduğu belirlenmiştir.Sonuç olarak, şeker pancarı küspesinin basit kimyasal maddelerle ılımlı şartlarda gerçekleştirilen modifikasyon işlemleri ile bazik boyar maddeler için etkin sayılabilecek özelliklerde adsorbentler yapılabilmektedir.