Doğal yumurta kabuğu kullanılarak reaktif siyah 5 adsorpsiyonunun yapay sinir ağları ile modellenmesi

Yıl 2024, Cilt: 13 Sayı: 1, 131 - 138, 15.01.2024

Özgül Çimen Mesutoğlu

https://doi.org/10.28948/ngumuh.1300143

Öz

Bu çalışmada doğal bir materyal olan doğal yumurta kabuğu (DYK) kullanılarak adsorpsiyon prosesi ile Reaktif Siyah 5 (RS5) boyarmaddesinin sulu çözeltilerden giderimi ve modellenmesi amaçlanmıştır. Adsorpsiyon çalışması için pH, başlangıç boyarmadde konsantrasyonu, temas süresi, adsorban miktarı ve sıcaklık parametreleri araştırılmıştır. Adsorpsiyon deneyleri kesikli sistemle gerçekleştirilmiş olup, optimum şartlar altında (pH 6, 60 dk temas süresi, 1 g DYK, 25 °C, 150 rpm karıştırma hızı, 400 mg/L başlangıç RS5 konsantrasyonu) yapılan adsorpsiyon çalışmasında %99 giderim verimi elde edilmiştir. Ayrıca çalışmada izoterm ve kinetik modeller incelenmiştir. Langmuir adsorpsiyon izotermine ve yalancı ikinci dereceden kinetik modele uyumlu bir adsorpsiyon mekanizması olduğu görülmüştür. DYK’nın RB5’i maksimum adsorplama kapasitesi ise 56.2 mg/g olarak bulunmuştur. RS5 boyarmaddesinin gideriminde deneysel parametrelerin adsorpsiyona etkileri göz önüne alınarak Yapay Sinir Ağı (YSA) modeli geliştirilmiştir. YSA model analizinden %99’luk bir korelasyon ile çıktı parametresinin tahmin edilebildiği görülmüştür. Böylece DYK’nın sulardan RS5 uzaklaştırılmasında YSA’nın kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

Adsorpsiyon, Modelleme, Reaktif siyah 5, YSA, Doğal yumurta kabuğu

Modelling of reactive black 5 adsorption with artificial neural networks using natural eggshell

Öz

In this study, it was aimed to remove and model Reactive Black 5 (RB5) dyestuff from aqueous solutions by adsorption process using a natural material, natural eggshell (NES). For the adsorption study, pH, initial dyestuff concentration, contact time, adsorbent amount and temperature parameters were investigated. Adsorption experiments were carried out with batch system, and RB5 removal efficiency was obtained as 99 % in the adsorption study performed under optimum adsorption conditions (pH 6, 60 min contact time, 0.5 g DYK, 25 °C, 150 rpm stirring speed, 400 mg/g initial RB5 concentration). In addition, isotherm and kinetic investigations were also carried out in the study. It was found to have a mechanism compatible with the Langmuir adsorption isotherm and pseudo-second-order kinetic model. The maximum adsorption capacity of RB5 of NES was found to be 56.2 mg/g. Artificial Neural Network (ANN) model was developed considering the effects of experimental parameters on adsorption in the removal of RB5 dyestuff. It has been seen that the output parameter can be estimated with a 99% correlation from the ANN model analysis. Thus, it was concluded that ANN can be used to remove RB5 from NES from waters.

Anahtar Kelimeler

Adsorption, ANN, Eggshell, Modelling, Reactive black 5

Kaynakça

• O. Sözüdoğru, Ti/IrO2/RuO2 anot ve paslanmaz çelik katot kullanılarak elektrooksidasyon prosesi ile metilen mavisi boyası giderimi: işletme parametrelerin rolü. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 12 (4), 2054-2063, 2022. https://doi.org/10.21597/jist. 1167022.
• Y. Önal and T. Tantekin, Kinetic, equilibrium, thermodynamic studies and spectroscopic analysis of alizarin red s removal by mustard husk. DÜMF Mühendislik Dergisi, 9 (2), 837-847, 2018.
• E. Güneş Gürdal, Atık madeni yağlar ve yağlı atıksu arıtma yöntemlerine dair bir araştırma. Nevşehir Bilim ve Teknoloji Dergisi, 10 (2), 73-84, 2021. https://doi.org/10.17100/nevbiltek.1005367.
• S. Eren, C. I. Reactive black 5 boyarmaddesinin fotokalitik renk giderimi̇. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 23 (1), 139-152, 2018. https://doi.org/10.17482/uumfd.366155.
• R. K. Gautam, A. Mudhoo and M. C. Chattopadhyaya, Kinetic, equilibrium, thermodynamic studies and spectroscopic analysis of alizarin red s removal by mustard husk. Journal of Environmental Chemical Engineering, 1, 1283–1291, 2013. https://doi.org/10. 28948/ngumuh.384840.
• T. Kopaç and E. Sulu, Comparison of the adsorption behavior of basic red 46 textile dye on various activated carbons obtained from zonguldak coal. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (3), 1227-1240, 2019. https://doi.org/ 10.17341/gazimmfd.460518.
• D. İ. Çifçi̇, Ali̇zari̇n kırmızı boyasının hi̇droksi̇apati̇t kullanılarak adsorpsiyon prosesi̇ ile giderimi̇. Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7 (1), 58-66, 2018. https://doi.org/10.28948/ngumuh .384840.
• A. Khaled, A. El Nemr, A. El Sikaily and O. Abdelwahab, Treatment of artificial textile dye effluent containing direct yellow 12 by orange peel carbon. Desalination, 238, 210–232, 2009. https://doi.org/10. 1016/j.desal.2008.02.014.
• O. Gök ve Ö. Çimen Mesutoğlu, Ağır metallerin giderimi için düşük maliyetli adsorban olarak pirina kullanımı. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32 (2), 507-516, 2017. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.322176.
• A. K. Priya, V. Yogeshwaran, Saravanan Rajendran, T. K. A. Hoang, M. Soto-Moscoso, A. A. Ghfar and C. Bathula, Investigation of mechanism of heavy metals (Cr6+, Pb2+, Zn2+) adsorption from aqueous medium using rice husk ash: Kinetic and thermodynamic approach. Chemosphere, 286, 131796, 2022. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.13 1796.
• Z. Eren ve F.N. Acar, Uçucu kül adsorpsiyonu ile reaktif boya giderimi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi̇, 10 (2), 253-258, 2004.
• X. Pang, L. Sellaoui, D. Franco, G.L. Dotto, J. Georgin, A. Bajahzar, H. Belmabrouk, A. Ben Lamine, A. Bonilla-Petriciolet and Z. Li, Adsorption of crystal violet on biomasses from pecan nutshell, para chestnut husk, araucaria bark and palm cactus: Experimental study and theoretical modeling via monolayer and double layer statistical physics models. Chemical Engineering Journal, 378, 122101, 2019. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122.101.
• C. Demir, H. Yıldız, A. R. Kul ve S. Keskin, Basic blue 41 boyar maddesinin elma kabuğundan elde edilen aktif karbon ile adsorplanabilirliğinin matematiksel olarak modellenmesi. Journal of Scientific Reports-C, 1, 55-69, 2020.
• B. T. Gemici ve A. Özden, Kestane kabuğu kullanılarak sulu çözeltilerden boyar madde gideriminin izoterm, kinetik ve termodinamik analizi. GUFBD/GUJS, 12 (4), 1158-1167, 2022. https://doi.org/10.17714/gumus fenbil.983162.
• E. Baştürk and A. Alver, Modeling azo dye removal by sono-fenton processes using response surface methodology and artificial neural network approaches. Journal of Environmental Management, 248, 109300, 2019. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.109300.
• M. Çörekçı̇oğlu, E. Ercan ve S. Aras Elı̇büyük, Yapay sinir ağı yöntemlerinin tekstil sektöründe kullanım uygulamaları. Teknik Bilimleri Dergisi, 11 (2), 14-20, 2021. https://doi.org/10.35354/tbed.884531.
• A. Dı̇nçer, M. Sevı̇ldı̇k and T. Aydemı̇r, Optimization, isotherm and kinetics studies of the adsorption of azo dyes on eggshell membrane. International Journal of Chemistry and Technology, 3 (1), 52-60, 2019. https://doi.org/10.32571/ijct.538736.
• N. Öztürk, H. B. Şentürk, A. Gündoğdu ve C. Duran, İçme suyu arıtma tesisi atık çamuru üzerine metilen mavisi adsorpsiyonu ve yapay sinir ağları ile modellenmesi. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 25 (2), 1083-1113, 2020. https://doi.org/10.17482/uumfd.674224.
• I. Langmuir, The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum. Journal of the American Chemical Society, 40 (9), 1361–403, 1918. http://dx.doi.org/10.1021/ja02242a004.
• H. Freundlich, Over the adsorption in solution. The Journal of Physical Chemistry A, 57, 385–470, 1906. https://doi.org/10.12691/env-9-1-2.
• H. Silah ve Ü. D. Gül, Amberlyst a21 ile everzol black boyasının adsorpsiyonu: izoterm ve kinetik çalışmalar. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 22 (3), 1063-1070, 2018. https://doi.org/10.16984/sau fenbilder.357430.
• M. D. G. De Luna, E. D. Flores, D. A. D. Genuino, C. M. Futalan and M. W. Wan, Adsorption of eriochrome black t (ebt) dye using activated carbon prepared from waste rice hulls-optimization, isotherm and kinetic studies. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 44 (4), 646-653, 2013. https://doi.org/10. 1016/j.jtice.2013.01.010.
• B. Nandi, A. Goswami and M. Purkait, Removal of cationic dyes from aqueous solutions by kaolin: kinetic and equilibrium studies. Applied Clay Science, 42 (3–4), 583–90, 2009. https://doi.org/10.1016/j.clay.2008. 03.015.
• Y. S. Ho and G. McKay, Pseudo-second order model for sorption processes. Process Biochemistry, 34 (5), 451–65, 1999.
• İ. Şentürk ve M. R. Yıldız, Doğal ve aktive edilen çam talaşı ile sucul çözeltiden adsorpsiyonla bazik sarı 28 giderimi. NÖHÜ Mühendislik Bilimleri Dergisi, 9 (2), 746-759, 2020. https://doi.org/10.28948/ngumuh.6629 44.
• E. H. Gürkan ve S. Çoruh, Yeni Potansiyel Biosorbentlerle Kongo Kırmızısının Biosorpsiyon Çalışmaları. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 10 (2), 203-212, 2017. https://doi.org/10.18185/erzifbed.265984.
• M. Al-Ghouti, M. A. M. Khraisheh, M. N. M. Ahmad and S. Allen, Thermodynamic behaviour and the effect of temperature on the removal of dyes from aqueous solution using modified diatomite: a kinetic study. Journal of Colloid Interface and Science, 287, 6–13, 2005. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2005.02.002.
• B. Hameed, A. Ahmed and K. Latiff, Adsorption of basic dye (methylene blue) onto activated carbon prepared from rattan sawdust. Dyes and Pigments, 75, 143–149, 2007. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2006 .05.039.
• X. Han, W. Wang and X. Ma, Adsorption characteristics of methylene blue onto low cost biomass material lotus leaf. Chemical Engineering Journal, 171, 1–8, 2011. https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.02.067.
• A. Dinçer, M. Sevildik and T. Aydemir, Optimization, isotherm and kinetics studies of the adsorption of azo dyes on eggshell membrane. International Journal of Chemistry and Technology, 3 (1), 52-60, 2019. http://dx.doi.org/10.32571/ijct.538736.
• B. A. Fil, Montmorillonit kili ile basic orange 2 boyar maddesinin adsorpsiyon kinetiği. BAUN Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 24 (2), 555-566, 2022. https://10.25092/baunfbed.1064819.
• F. Erdem, S. cerevisiae ile remazol sarı (rr) gideriminde yapay sinir ağı (ysa) yaklaşımı. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 24 (2), 289-298, 2019. https://doi.org/10.17482/uumfd.461122.
• D. Bingöl, E. Kılıç ve M. Hercan, Artificial neural network (ann) approach to copper biosorption process. SAÜ Fen Bilimleri Dergisi, 20 (3), 433-440, 2016. https://doi.org/10.16984/saufenbilder.25723.
• A. Nasrullah, A. H. Bhat, M. H. Isab, M. Danish, A. Naeem, N. Muhammad and T. Khan, Efficient removal of methylene blue dye using mangosteen peel waste: kinetics, isotherms and artificial neural network (ann) modeling, Desalination and Water Treatment, 86, 191-202, 2017. https://doi.org/10.5004/dwt.2017.21295.