Sulu çözeltilerden ağır metallerin uzaklaştırılmasında tavuk tüyünün adsorban olarak kullanılması

Dünyadaki sanayileşme ve kentleşmenin artmasıyla çeşitliliği ve miktarı sürekli artan evsel ve endüstriyel atıklar doğaya bırakılmaktadır. Bu atıklar su kaynaklarını kirletmekte ve onları kullanılamaz hale getirmektedir. En önemli su kirliliği nedenlerinden birisi de ağır metal içeren endüstri atık sularıdır. Ağır metallerin eser miktarları bile canlılar üzerinde toksik etkiler gösterebilmektedir. Bu kapsamda ağır metalle kirlenmiş suyun saflaştırılması için yeni bir biyokütle kaynağı olan keratin protein lifi kullanımı umut verici bir teknolojidir. Keratin, çeşitli canlı dokulara destek sağlayan son derece dayanıklı ve ağır metallere kolaylıkla bağlanabilen fonksiyonel gruplara sahip bir proteindir. Memeli kılları ve toynakları, memeli ve sürüngen tırnakları ve boynuzları, sürüngen ve balık pulları, kuş tüyleri, kuş gagaları ve çoğu hayvanda en dıştaki deri tabakasının önemli bir bileşenidir. Yapılan çalışma kapsamında; kümes hayvanı işleme tesislerinde bol miktarda bulunan, yüksek keratin içeriğine sahip, hayvansal atık materyali olan tavuk tüylerinin sulu çözeltilerdeki ağır metal iyonlarını adsorplama kapasitesi araştırılarak hayvansal atık ürününün bir başka çevre sorunu olan su kirliliğinin giderilmesinde kullanım performansı incelenmiştir. Sulu çözeltilerdeki Al3+, Cr3+, Mn2+, Fe3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, As3+, Cd2+ ve Pb2+ ağır metal iyonlarının tavuk tüyü üzerindeki adsorpsiyon miktarları İndüktif Eşleşmiş Plazma Kütle Spektrometresi (ICP-MS) ile analiz edilmiştir. Sodyum hidroksitle modifikasyon, pH ve temas süresi etkileri incelenerek adsorpsiyon için optimum şartlar belirlenmiştir. Tavuk tüylerinin karakterizasyonunda; fonksiyonel grup analizi için Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR), morfolojik analiziler için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve yüzey alanı ile gözeneklilik analizleri için Brunauer-Emmett-Teller (BET) teknikleri kullanılmıştır. Adsorpsiyon işlemine ait kinetik modelin belirlenebilmesi için deneysel veriler yardımı ile yalancı birinci derece kinetik model ve yalancı ikinci derece kinetik model sabitleri ve korelasyon katsayıları incelenmiştir. Sulu çözeltilerden Al3+, As3+, Cu2+, Zn2+, Fe3+, Cd2+, Cr3+, Pb2+, Mn2+ ve Ni2+ iyonlarının adsorpsiyonu çalışmalarında, 1g/L adsorban miktarı, 22 °C sıcaklık, 300 rpm karıştırma hızı ve 24 saate kadar olan sürelerde gerçekleştirilen deneylerde sodyum hidroksitle modifiye edilmiş tavuk tüylerinde, modifiye edilmemiş tavuk tüylerine kıyasla daha yüksek adsorpsiyon kapasitelerine ulaşılmıştır. Yapılan deneylerde Cu2+, Pb2+, Zn2+ ve Cd2+ iyonlarının en iyi adsorpsiyon kapasiteleri pH 5,5'te sırasıyla 3,59, 2,20, 0,76 ve 0,91 mg/g olarak bulunmuştur. Al3+ ve Cr3+ iyonlarının en iyi adsorpsiyon kapasiteleri ise pH 4,5'te sırasıyla 1,53 ve 2,97 mg/g olarak tespit edilmiştir. Fe3+ ve As3+ iyonlarının doğal çözelti pH'ı olan 1,7'den pH 4,5 ve pH 5,5'e ayarlanmasıyla birlikte artan pH etkisiyle metal iyonlarının hidroksil iyonu olarak büyük oranda çökmesi ve çöken metal hidroksitlerin 0,2 µm'lik Selüloz Asetat (CA) filtreden geçirildikten sonra uzaklaştırılması nedeniyle bu metaller için veri elde edilememiştir. Mn2+ ve Ni2+ iyonlarının ise başlangıç konsantrasyonlarında pH 4,5 ve pH 5,5'te zamanla bir düşüş gözlemlenmemiştir. Sonuç olarak, tavuk tüylerinin sulu çözeltilerden ağır metal iyonlarının toplu olarak uzaklaştırılmasında etkin bir adsorban olduğu ve su kaynaklarından çevresel kirleticilerin ekonomik bir şekilde uzaklaştırılmasında adsorban olarak kullanılabileceği tespit edilmiştir. Ayrıca tavuk tüylerinin sodyum hidroksitle ultrasonik ortamda modifiye edilmesiyle adsorpsiyon kapasitesinin önemli ölçüde arttırılabileceği gözlemlenmiştir.