ACID RED 97 TEKSTİL BOYAR MADDESİNİN SARGASSUM ACİNARUM A BİYOSORBSİYONU

Transkript

1 ACID RED 97 TEKSTİL BOYAR MADDESİNİN SARGASSUM ACİNARUM A BİYOSORBSİYONU Öznur SARIKCI, Ayla ÖZER Mersin Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, 33343, Mersin oznursarikci@gmail.com, ayozer@mersin.edu.tr ÖZET Bu çalısmada, Akdeniz in Yumurtalık (Gölbaşı mevkii) sahilinde üreyen kahverengi alglerden Sargassum acinarum ya, Acid Red 97 boyarmaddesinin biyosorbsiyon yöntemi ile gideriminde optimum ortam koşulları olarak başlangıç ph sı 3.0, sıcaklık 25 C, biyosorbent derişimi 1 g/l ve başlangıç AR 97 derişimi 100 mg/l olarak saptanmıştır. AR 97 boyar maddesinin S. acinarum a biyosorbsiyonunda, denge verilerinin Langmuir modeline uyduğu, kinetiğinin de yalancı-ikinci mertebe kinetik modele uyduğu belirlenmiştir. Anahtar kelimeler: Biyosorbsiyon, Acid red 97, Sargassum acinarum, Adsorpsiyon 1. GİRİŞ Cisimleri (kumaş, elyaf vb.) renkli hale getirmek için kullanılan maddelere boyarmadde denir. Boyarmaddelerin tümü organik bileşiklerdir [1]. Boyar maddeler kimyasal yapılarına göre azo, nitro ve nitrozo, polimetin, arilmetin, karbonil ve kükürt boyar maddeleri şeklinde sınıflandırılabilirler [2]. Azo asit boya, Acid Red 97, kirletici modeli olarak seçildi çünkü bu boya sadece biyorefrakter kirletici değil ayrıca tekstil endüstrisinde geniş ölçüde kullanılır[3]. Şekil 1. Acid Red 97 boyar maddenin kimyasal yapısı(3). Sentetik boya içeren atık sular tekstil, kağıt, gıda, kozmetik ve ilaç endüstrilerinden kaynaklanmaktadır [4,5,6,7]. Boya kullanımı tekstil endüstrisinde ilk sırada yer almakta ve kullanılan boyanın yaklaşık %10 u atık sularla alıcı ortama verilir [8]. Tekstil ve boyama endüstrilerinden kaynaklanan renkli atık sular, su kirliliğinde en önemli kaynaklardır. Birçok boya, su içerisindeki ışık geçirgenliğini azaltarak sucul yaşam için gerekli fotosentetik aktiviteleri olumsuz etkilemenin yanı sıra alıcı sulara verilen boyar maddelerin çok düşük derişimleri bile suların görünümünü olumsuz etkilemektedir. Sularda olumsuz etkilere

2 neden olan boyar maddeleri içeren atık suların alıcı ortamlara verilmeden önce uygun yöntemle arıtılması gerekmektedir. Atık sulardan renk gideriminde fiziksel, kimyasal ve biyolojik yöntemler kullanılmaktadır. Ancak bu yöntemler ekonomik olmamakla birlikte giderimde büyük miktarlarda toksik çamur açığa çıkmaktadır. Bu yöntemlere alternatif olabilecek yöntemlerden biri de kendi doğal ortamında üreyen ve bazen biyolojik kirlilik olarak düşünülen alglere biyosorbsiyondur [9]. Büyük çamur işleme proseslerine olan ihtiyacı ortadan kaldırmak için atık su işleminde sulu çözeltilerden kirletici maddelerin adsorpsiyonu önemli rol oynar. En çok kullanılan endüstriyel sorbent aktif karbondur. Fakat yenileme nispeten kolay olmadıkça aktif karbon pahalı bir malzemedir. Sorpsiyon sisteminin maliyetini azaltan ucuz alternatif sorbent araştırılabilir. Diğer endüstrilerin atık malzemeleri, yan ürün ya da doğada bulunan düşük maliyetli sorbent tanımlanmıştır. Çeşitli malzemeler kömür, uçucu kül, tahta, silikajel, pirinç kabuğu, pamuk artığı, vb. renk giderimi için sulu çözeltilerden boyaların giderilmesi için incelenmiştir. Bakteri, mantar, alg gibi mikroorganizmaların geniş türlerinin canlı yada aktif olmayan formu aktif karbona alternatif adsorbent olarak kullanılabilir. Alg, hem taze ve tuzlu suda ucuz var olması, nispeten yüksek yüzey alanı, yüksek bağlayıcı benzerlikten dolayı potansiyel olarak uygun bir biyosorbenttir. Algde biyosorpsiyon, temelde kompleksleşme ve elektrostatik benzeşmede rol oynayabilen hücre duvarı özelliğine dayandırılır. İstenmeyen malzemelerin ayrılması için güvenilir olduğuna inanılan hidroksil, karboksilat, amino ve fosfat gibi çeşitli kimyasal gruplar tarafından alg yüzey alanı doğal olarak oluşturulur. Boya giderme, özellikle alg kullanılarak, biyopolimerin katı fazda sulu fazdan boya moleküllerinin daha ileri difüzyonu ve biyopolimerlerin yüzeyinde boya iyonlarının birikimine dayandırılabilir [10]. Bu çalışmada, Acid Red 97 boyarmaddesinin Akdeniz in Yumurtalık (Gölbaşı mevkii) sahilinde üreyen kahverengi alglerden S. acinarum a biyosorbsiyonu araştırılacaktır. 2. DENEYSEL YÖNTEM Deneyler, 100 ml çalışma kapasiteli 250 ml lik erlenlerde sabit sıcaklık ve karıştırma hızında çalışabilen bir çalkalayıcıda gerçekleştirilmiştir. Başlangıç AR 97 derişimi ve başlangıç ph sı belli olan boya çözeltisi, aynı başlangıç ph sında alg çözeltisi ile karıştırılarak deneyler başlatılmış; daha sonra önceden belirlenen zamanlarda örnekler alınarak santrifüjlenmiştir. Sıvı kısımda adsorblanmadan kalan AR97 derişimleri spektrofotometrik yöntemle (dalga boyu 497 nm) belirlenmiştir. Deneyler farklı parametrelerin biyosorbsiyona etkisini incelemek amacı ile tekrarlanmıştır. 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 1. AR 97 nin Sargassum acinarum a biyosorbsiyonuna çevresel koşulların etkisi Başlangıç ph sının etkisi : AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonuna başlangıç ph sının etkisini araştırmak için ph nın aralığında çalışılmış; optimum başlangıç ph sı 3.0 olarak belirlenmiştir. AR 97 nin S.acinarium a biyosorbsiyonunda başlangıç ph sının 3 değerinde giderim mg/g iken başlangıç ph sının 5.0 değerinde mg/g olarak saptanmıştır. Literatürde algal hücrelerin izoelektrik noktasının 3.0 olduğu belirtilmiş; izoelektrik noktanın altındaki ph larda algin yüzey yükünün pozitif olması nedeniyle anyonik yapılı asidik boyaların izoelektrik nokta altında alge biyosorbsiyonunun arttığı belirtilmiştir [11]. 2

3 Sıcaklığın etkisi: AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunda sıcaklık 20 C ile 50 C aralığında değiştirilmiş; optimum sıcaklık 25 C olarak belirlenmiştir. AR 97 nin alge biyosorbsiyonunda birim alg kütlesinde adsorblanan miktarlar 20 C de mg/g, 25 C de mg/g ve 50 C de mg/g olarak saptanmış; düşük sıcaklıklarda yüksek giderimlerin elde edilmesi AR 97 nin alge fiziksel adsorbsiyon ile bağlandığını göstermiştir. Optimum sıcaklık değerinden daha yüksek sıcaklık değerlerinde giderimin azalması adsorpsiyonun ekzotermik doğasının bir sonucudur. Başlangıç boya derişiminin etkisi: AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunda başlangıç AR 97 derişiminin mg/l aralığında çalışılmış; düşük boya derişimlerinden başlayarak derişimin artışı ile sürücü güç arttığından giderimler artmış; mg/l AR 97 derişim aralığında ortamda bulunan alg yüzeyinin boya iyonlarınca doygunluğa erişmesiyle giderimler yaklaşık sabit kalmıştır. Biyosorbent derişiminin etkisi: AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunda optimum biyosorbent derişimi 1 g/l olarak belirlenmiş; optimum biyosorbent derişiminden daha yüksek alg derişimlerinde yığın ve topaklaşmaların olması sonucu etkin yüzey alanının azalması nedeniyle birim biyosorbent kütlesinde adsorplanan boya miktarında azalma gözlenmiştir. 2. AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunda Dengenin modellenmesi Şekil 1 de farklı sıcaklık değerleri kullanılarak AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunda denge verileri (C d,q d ) Langmuir izoterm modeline (q d =Q o bc d /(1+bC d ) uygulanmış; algin tek tabaka biyosorbsiyon kapasitesi 25 C de mg/g olarak belirlenmiştir. AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunda farklı sıcaklık değerleri için Langmuir izotermleri Şekil 1 de verilmiştir. Şekil 1 : AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunda farklı sıcaklıklar için Langmuir izotermi (Xo=1 g/l, ph= 3.0, Co=100 mg/l) Çizelge 1 de farklı sıcaklıklarda AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunda Langmuir izoterm modeli sabitleri verilmiştir. 3

4 Çizelge 1 : AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunda elde edilen izoterm sabitleri Langmuir izoterm modeli Sıcaklık ( C) Q (mg/g) b (L/mg) R AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunun kinetik modellenmesi Şekil 2 de farklı başlangıç derişimleri kullanılarak AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunda veriler yalancı-ikinci mertebe kinetik modele uygulanmış; ( t/q = (1/(k 2 q d 2 )) + t/q d ) AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunun yalancı ikinci mertebe kinetik modele uyduğu belirlenmiştir. Şekil 2 : AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunda farklı başlangıç derişimleri için yalancıikinci Mertebe Kinetik Modeli (T=25 C, X o =1.0 g/l, ph=3.0) Çizelge 2 de farklı başlangıç derişimlerinde AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunda yalancı-ikinci Mertebe Kinetik Modeli sabitleri verilmiştir. Çizelge 2 den, başlangıç boya derişimi artışı ile giderilen miktarların arttığı; k 2 değerlerinin azaldığı, R 2 değerlerinin 1 e yakın bulunduğu görülmektedir. Yalancı ikinci mertebe kinetik model için, çalışılan tüm derişim değerlerinde teorik qd değerlerinin deneysel qd değerleriyle iyi bir uyum gösterdiği belirlenmiştir. Çizelge 2 : AR 97 nin S. acinarum a biyosorbsiyonunda yalancı ikinci mertebe kinetik model sabitleri Yalancı ikinci mertebe kinetik model C o (mg/l) q d, deneysel q d, hesaplanan k 2 (mg/g.dak) R

5 Öneriler Atık sularla alıcı ortama verilecek AR 97 nin alıcı sularda üreyen S. acinarum a biyosorbsiyonu çalışmalarının sonuçları konu ile ilgili literatüre katkı sağlamanın yanında boyar maddelerin biyosorbsiyon yöntemi ile gideriminde tasarımlanacak bir atık su arıtım tesisinde yararlanılacak bilgiyi üretmesi açısından önemlidir. Ayrıca doğal ortamda üreyen ve bazen biyolojik kirlilik unsuru olarak görülen bir kirliliğin başka bir kimyasal kirliliğin gideriminde kullanılması çalışmanın diğer önemli bir sonucudur. Semboller Q : birim adsorbent kütlesinde tek tabaka şeklinde adsorplanmış AR 97 miktarı (mg/g) b : adsorpsiyon entalpisi ile ilgili sabit (L/mg) k 2 : yalancı-ikinci mertebe hız sabiti (mg/g.dak) q : t anında adsorplanan AR 97 miktarı (mg/g) q d, deneysel, q d, hesaplanan : dengede deneysel ve hesaplanmış adsorplanmış AR 97 miktarı (mg/g) TEŞEKKÜR Bu çalışma, desteklenmektedir. BAP tarafından BAP-FBE KM (ÖS) YL no lu proje ile KAYNAKLAR [1] Kurbanova, R., Mirzaoğlu, R., Ahmedova, G., Şeker, R. ve Özcan, E., Boya ve Tekstil Kimyası ve Teknolojisi, S.Ü. Fen-Edebiyat Fakültesi Yayınları, Konya,(1998). [2] Başer, İ., İnanıcı, Y., Boyarmadde Kimyası, Marmara Üniversitesi Yayınları, İstanbul, (1990). [3] Kayan, B., Gözmen, B., Demirel, M. and Gizir, M.A., Degradation of acid red 97 dye in aqueous medium using wet oxidation and electro-fenton techniques, Journal of Hazardous Materials, 177 (2010), [4] Robinson, T., Chandran, B. and Nigam, P., Removal of dyes from a synthetic textile dye effluent by biosorption on apple pomace and wheat straw, Water Research, 36 (2002), [5] O Mahony, T., Guibal, E. and Tobin, J.M., Reactive dye biosorption by Rhizopus arrhizus biomass, Enzyme and Microbial Technology, 31 (2002), [6] Waranusantigul, P., Pokethitiyook, Kruatrachue, P. M. and Upatham, E.S., Kinetics of basic dye (methylene blue) biosorption by giant duckweed (Spirodela polyrrhiza), Environmental Pollution, 125 (2003), [7] Aksu, Z. and Dönmez, G., A comparative study on the biosorption characteristics of some yeasts for Remazol Blue reactive dye, Chemosphere, 50 (2003), [8] Chen, P., Ting Y. P., Effect of Heavy Metal Uptake on the Electrokinetic Properties of S. cerevisiae, Biotechnology Letters, 17 (1995), [9] Özer, A., Akkaya, G. and Turabik M., Biosorption of Acid Blue 290 (AB 290) and Acid Blue 324 (AB 324) dyes on Spirogyra rhizopus, Journal of Hazardous Materials, B135 (2006), [10] Özer, A., Akkaya, G. and Turabik M., The removal of Acid Red 274 from wastewater: Combined biosorption and biocoagulation with Spirogyra rhizopus, Dyes and Pigments, 71 (2006),

6 [11] Hameed BH, Hakimi H., Utilization of durian peel as low cost sorbent for the removal of acid dye from aqueous solutions, Biochemical Engineering Journal, 39 (2008),