Removal of Malachite Green Dye from Wastewater Using Natural and Activated Siirt/Koçpınar Clay

Abstract

In this research, the removal of malachite green, which is a toxic and carcinogenic dyestuff, which is often used in aquaria and in the dyeing of products such as cotton and fiber, from wastewater by using Siirt/Koçpınar clay was investigated. In the first stage of our study, the adsorbent was used without any modification (K1) in the necessary studies, then the same processes were repeated with the nitric acid modified adsorbent (K2). In the study, initial pH (2.0 – 8.0 range), adsorbent amount (0.05 g - 1 g range), concentration (50 ppm - 150 ppm range), temperature (298 K - 323 K range) and contact time (0 min. - 120 min interval) was also investigated and the data obtained were applied to Langmuir, Freundlich, DR isotherm models. As a result of the study, the best efficiency was obtained in the studies using 0.2 g adsorbent with the initial value of pH 5, and as a result of the study, 63.05% for K1 adsorbent and 91.99% removal for K2 adsorbent were achieved. As a result of isotherm calculations, the correlation coefficient of the Freundlich isotherm model was found to be greater than 0.98 at all temperatures. The D-R adsorption free energy calculated with the help of the D-R isotherm model was found to be less than 8 kJ/mol for both clays and all temperatures. The negative Gibbs free energy values found as a result of thermodynamic calculations showed that the adsorption process occurred spontaneously.

Keywords

• adsorption
• ishoterms
• Characterization
• Malachite green
• Thermodynamics

Doğal ve Asitle Aktive Edilmiş Siirt/Koçpınar Kili Kullanılarak Atık Sulardan Malahit Yeşili Boyar Maddesinin Uzaklaştırılması

Abstract

Bu araştırmada, genellikle akvaryumculukta, sıklıkla da pamuk ve elyaf gibi ürünlerin boyanmasında kullanılan toksik ve kanserojen bir boyar madde olan malahit yeşilinin atık sulardan Siirt/Koçpınar kili kullanılarak uzaklaştırılması incelenmiştir. Çalışmamızın ilk aşamasında adsorbent herhangi bir modifiyeye maruz bırakılmadan (K1) gerekli çalışmalarda kullanılmış, ardından aynı işlemler nitrik asit ile modifiye edilen adsorbent (K2) ile tekrar edilmiştir. Çalışmada başlangıç pH’ının (2.0 – 8.0 aralığı), adsorbent miktarının (0.05 g - 1 g aralığı), derişimin (50 ppm - 150 ppm aralığı), sıcaklığın (298 K - 323 K aralığı) ve temas süresinin (0 dk. - 120 dk. aralığı) etkinliği de araştırılmış ve elde edilen veriler Langmuir, Freundlich, D-R izoterm modellerine uygulanmıştır. Çalışma sonucunda en iyi verim pH 5 başlangıç değeri ile 0.2 g adsorbent kullanılarak yapılan çalışmalarda elde edilmiş ve çalışma neticesinde de K1 adsorbenti için %63.05, K2 adsorbentin de %91.99 giderim sağlanmıştır. İzoterm hesaplamaları sonucunda Freundlich izoterm modeline ait korelasyon katsayısı tüm sıcaklıklarda 0.98’den büyük bulunmuştur. D-R izoterm modeli yardımıyla hesaplanan D-R adsorpsiyon serbest enerjisi ise her iki kil ve tüm sıcaklıklar için 8 kJ/mol değerinden küçük bulunmuştur. Termodinamik hesaplamalar yardımıyla bulunan Gibbs serbest enerji değerlerinin negatif olması, adsorpsiyon işleminin kendiliğinden meydana geldiğini göstermiştir.

Keywords

• adsorpsiyon
• izoterm
• karakterizasyon
• malahit yeşili
• termodinamik

References

1. Atasoy, N., Mercanc Y., Kömüroğlu, A. U., Alacabey, İ., & Kul, A. R. (2011). Levels of heavy metals and certain macro elements in potable and tap water at Van city center. Hacettepe Journal of Biology and Chemistry, 39(4), 391–396.
2. Kaftan, A. (2010). Entegre et tesislerinde atık suyun yeniden kullanımı. Ankara Üniversitesi Çevrebilimleri Dergisi, 2(1), 81-88. https://doi.org/ 10.1501/Csaum_0000000027
3. Karadağ, R. (2001). Doğal boyamacılıkta kullanılan boyarmadde kaynakları ve mordan maddelerinin boyamaya etkisi. Öneri Dergisi, 4(16), 145-150. https://doi.org/ 10.14783/maruoneri.728223
4. Önal, Y., & Tantekin, T. (2018). Aktif karbon, kil ve zeolit ile Malatya tekstil fabrikalarında kullanılan tekstil boyalarının adsorpsiyonu. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 9(2), 837-847.
5. Oyar, B. (2020). Elektrokoagülasyon Yöntemi Kullanılarak Atık Sulardan Boyarmadde Gideriminin Araştırılması. (Tez no. 639357) [Doktora Tezi, Sakarya Üniversitesi].
6. Belibağlı, P. & Uysal, Y. (2020). Atık yumurta kabuklarından sentezlenen hidroksiapatitler ile sulardan malahit yeşil giderimi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 23(3), 141-152. https://doi.org/ 10.17780/ksujes.753116
7. Tanyol, M. (2017). Malahit yeşili içeren atıksuların fenton oksidasyon prosesi ile renk gideriminde işletme parametrelerinin optimizasyonu. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 29(1), 183-191.
8. Srivastava, S., Sinha, R., & Roy, S. (2004). Toxicological effects of malachite green, Aquatic Toxicology, 66(3), 319-329.

9. Kul, A. R., & Koyuncu, H. (2010). Adsorption of Pb(II) ions from aqueous solution by native and activated bentonite: Kinetic, equilibrium and thermodynamic study. Journal of Hazardous Materials, 179(1), 332-339.
10. Elik, H., Kul, A. R., & Benek, V. (2019). Van pomzası üzerinde kurşun iyonunun adsorpsiyon kinetiği. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 35(2), 26-31.
11. Alacabey, İ., Kul, A. R., Ece, Ş., & Alkan, H. (2020). Van Gölü doğal sediment ve modifiye sediment üzerine krom (III) adsorpsiyonu (izoterm ve termodinamik analiz çalışması). Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 11(3), 1225-1232. https://doi.org/ 10.24012/dumf.731216
12. Depci, T., Alkan, S., Kul, A. R., Önal, Y., Alacabey, İ., & Dişli, E. (2011). Characteristic properties of adsorbed catalase onto activated carbon based adiyaman lignite. Fresenius Environmental Bulletin, 20, 2371-2378.
13. Kausar, A., Javed, A., Aftab, K., Nazli, Z., Bhatti, H., & Nouren, S. (2018). Dyes adsorption using clay and modified clay: A review. Journal of Molecular Liquids, 256. https://doi.org/ 10.1016/j.molliq.2018.02.034
14. Kul, A., Depci, T., Alacabey, İ., Alkan, S., & Önal, Y. (2011). Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies of nickel adsorption onto natural and modified kaolinites. Fresenius Environmental Bulletin, 20, 1155-1166.
15. Alacabey, İ. (2006). Bazı Ağır metallerin (Kobalt, Krom, Kadmiyum) Doğal ve Aktive Edilmiş Çaldıran Diatomiti (Çaldıran/Van) Üzerindeki Adsorpsiyon Denge Çalışmaları. (Tez no. 182669) [Yüksek Lisans Tezi, Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi].
16. Alacabey, İ. (2014). Doğal ve Aktive Edilmiş Van Gölü Sediment (Dip Çamuru) Örneklerinin Bazı Ağır Metallerle Adsorspsiyonunun İzoterm ve Termodinamik Analizi. (Tez no. 390572) [Doktora Tezi, Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi].
17. Behnamfard, A., & Salarirad, M. M. (2009). Equilibrium and kinetic studies on free cyanide adsorption from aqueous solution by activated carbon. Journal of Hazardous Materials, 170, 127-133. https://doi.org/ 10.1016/j.jhazmat.2009.04.124
18. Ece, M. Ş. (2021). Synthesis and characterization of activated carbon supported magnetic nanoparticles (Fe O4/AC@SiO @Sulfanilamide) and its application in removal of toluene and benzene. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 617, Article 126231. https://doi.org/ 10.1016/j.colsurfa.2021.126231
19. Rezende, J. C. T., Ramos, V. H. S., Oliveira, H., Oliveira, R., & De Jesus, E. (2018). Removal of Cr (VI) from aqueous solutions using clay from calumbi geological formation, N. Sra. Socorro, SE State, Brazil. Materials Science Forum, 912, 1-6. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.912.1
20. Caliskan, N., Kul, A. R., Alkan, S., Gökırmak S. E., & Alacabey, İ. (2011). Adsorption of Zinc(II) on diatomite and manganese-oxide-modified diatomite: A kinetic and equilibrium study. Journal of Hazardous Materials, 193, 27-36. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.06.058
21. Padmavathy, K. S., Madhu, G., Haseena, P. V. (2016). A study on effects of pH, adsorbent dosage, time, initial concentration and adsorption isotherm study for the removal of hexavalent chromium (Cr (VI)) from wastewater by magnetite nanoparticles. Procedia Technology, 24, 585-594. https://doi.org/10.1016/j.protcy.2016.05.127
22. Öter, Ç. (2021). Kromun zencefil tozu üzerine adsorpsiyon ile atık sulardan uzaklaştırılması. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 9(1), 480-492. https://doi.org/ 10.29130/dubited.800876
23. Ceyhan, A., Baytar, O., Güngör, A., Sayginli, E., & Celal, S. (2013). Formaldehit ile modifiye edilmiş iğde çekirdeği kullanılarak sulu çözeltilerden malahit yeşilinin uzaklaştırılması. Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim ve Teknoloji Dergisi, 1(2), 1-8.
24. Çelebi, H. (2020). Doğal kabak çekirdeği kabuğunun bor adsorpsiyon kapasitesi. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 9(4), 1698-1710. https://doi.org/10.17798/bitlisfen.667331
25. Şenol, Z. M. (2020). Kitosan-vermikülit kompoziti kullanılarak sulu çözeltiden etkin kurşun giderimi: denge, kinetik ve termodinamik çalışmalar. Akademik Platform Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 8(1), 15-21. https://doi.org/10.21541/apjes.531737
26. Demir, B., & Kalpaklı, Y. (2020). İşlem görmemiş Kütahya Ca-bentonitinin bazik mavi 41 (BB41) adsorpsiyon karakteristiğinin incelenmesi. Journal of the Institute of Science and Technology, 10(1), 309-319. https://doi.org/10.21597/jist.556691
27. Gürkan, E. H., & Çoruh, S. (2017). Atık döküm kumu ile katyonik boyarmaddelerin adsorpsiyon çalışmaları. Celal Bayar University Journal of Science, 13(2), 515-521. https://doi.org/10.18466/cbayarfbe.319947
28. Kopaç, T., & Sulu, E. (2019). Bazik Kırmızı 46 tekstil boyasının Zonguldak kömüründen elde edilen farklı aktif karbonlar üzerinde adsorpsiyon davranışının karşılaştırılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34(3), 1227-1240. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.460518
29. Ekinci, S. & İlter, Z. (2021). Sulu çözeltiden alizarin sarısı boyarmaddesinin nanoadsorbent (MNPs-G1-Mu) vasıtasıyla adsorpsiyon özelliklerinin belirlenmesi. Batman Üniversitesi Yaşam Bilimleri Dergisi, 11(1), 27-42. Retrieved from https://dergipark.org.tr/tr/pub/buyasambid/issue/63446/915311.
30. Kırkan, B., & Bekaroğlu, M. (2019). Modifiye edilmiş pomza kullanılarak sulu ortamlardan adsorpsiyon prosesi ile arsenat (V) giderimi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 23(2), 356-366. https://doi.org/10.19113/sdufenbed.467165
31. Lacin, O., Haghighatnia, A., Demir, F., Sevim, F., & Laçin, O. (2019). Adsorption characteristics and behaviors of natural red clay for removal of BY28 from aqueous solutions. International Journal of Trend in Scientific Research and Development, 3, 1037-1047. https://doi.org/10.31142/ijtsrd21544.
32. Çiçekçi, A., Dönmez, B., Kavcı, E., & Laçin, Ö. (2020). Malahit yeşilinin şeftali çekirdeği kabuğu üzerine adsorpsiyon izotermi ve termodinamiği. Sinop Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 5(2), 103-111. https://doi.org/10.33484/sinopfbd.701059