Kitosan-Vişne Çekirdeği Kabuğu Pirolitik Çarı Kompozit Boncuklarının Sentezi ve Karakterizasyonu: Cr(VI) Gideriminde Kullanılması

Öz

Bu çalışmada, vişne çekirdeği kabuğu pirolitik çarı (VÇKÇ) elde edilmiş ve bu pirolitik çarın kitosanla karıştırılarak boncukların oluşturulması yoluyla kitosan/pirolitik çar kompozit boncukları (K-VÇKÇ) sentezlenmiştir. Sonrasında VÇKÇ ve K-VÇKÇ boncuklarının sulu çözeltilerden Cr(VI) adsorpsiyonları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Kesikli adsorpsiyon deneyleri sonucunda; Cr(VI) giderimi için optimum adsorban miktarı VÇKÇ için 5 g/L, K-VÇKÇ için ise 1,5 g/L; optimum pH VÇKÇ için 1,56, K-VÇKÇ için 2, optimum temas süresi 120 dk olarak belirlenmiştir. VÇKÇ ve K-VÇKÇ adsorbanları için adsorpsiyona, Langmuir İzoterm modelinin en uygun model olduğu görülmüştür. Bu izotermden, maksimum adsorpsiyon kapasiteleri VÇKÇ için 14,455 mg/g ve K-VÇKÇ için 86,298 mg/g olarak hesaplanmıştır. Termodinamik hesaplamalar, adsorpsiyonun endotermik ve istemli olduğunu göstermiştir. Adsorpsiyon kinetiği üzerine yapılan hesaplamalar sonucunda adsorpsiyonun yalancı ikinci mertebeden kinetik model ile uyumlu olduğu görülmüştür. Sentezlenen adsorbanların karakterizasyonu SEM/EDX, BET, FTIR ve elementel analiz ile gerçekleştirilmiştir. SEM/EDX ve FTIR analizleri ile Cr(VI)’nın adsorplandığı kanıtlanmıştır. Bu çalışma, VÇKÇ ve K-VÇKÇ’nin sulu çözeltilerden Cr(VI) gideriminde düşük maliyetli ve etkili bir adsorban olabileceğini göstermiştir. 

Anahtar Kelimeler

• Adsorpsiyon,Cr(VI),Çar,Vişne çekirdeği kabuğu,Kitosan

Syntesis and Characterization of Chitosan-Cherry Kernel Shell Pyrolytic Charcoal Composite Beads: Using at the Cr(VI) Removal

Öz

In this study, cherry kernel shell pyrolytic charcoal (CKSC) was obtained and chitosan/pyrolitic charcoal (C-CKSC) composite beads were synthesized by mixing this pyrolytic charcoal with chitosan and forming beads. Then, Cr(VI) adsorption of CKSC and C-CKSC beads from aqueous solutions has been studied comparatively. As a result of batch adsorption experiments; the optimum adsorbent amounts for Cr(VI) adsorption are 5 g/L for CKSC and 1.5 g/L for C-CKSC; optimum pHs are 1.56 and 2 for CKSC and C-CKSC respectively; optimum contact time is 120 minutes. The adsorption equilibrium data fitted well with Langmuir isotherm model for CKSC and C-CKSC adsorbents. The maximum adsorption capacities from this isotherm model were calculated as 14.455 mg/g for CKSC and 86.298 mg/g for C-CKSC. Thermodynamic calculations have shown that the adsorption is endothermic and has spontaneous nature. As a result of calculations on the adsorption kinetics, adsorption was found to be consistent with the pseudo second order kinetic model. Characterizations of the synthesized adsorbents were performed by SEM/EDX, BET, FTIR and elemental analysis. SEM/EDX and FTIR analysis proved that Cr(VI) was adsorbed. This study has shown that CKSC and C-CKSC can be effective adsorbents at low cost for Cr(VI) removal from aqueous solutions. 

Anahtar Kelimeler

• dsorption,Cr(VI),Charcoal,Cherry kernel shell,Chitosan

Kaynakça

1. 1. Srivastava, S., Agrawal, S.B., Mondal, M.K., 2015. A Review on Progress of Heavy Metal Removal Using Adsorbents of Microbial and Plant Origin, Environ Sci Pollut R, 22(20), 15386-15415.
2. 2. Dündar, M.Ş., Altundağ, H., Kaygaldurak, S., Şar, V., Acar, A., 2015. Çeşitli Endüstriyel Atık Sularda Ağır Metal Düzeylerinin Belirlenmesi, Sakarya University Journal of Science, 16(1), 6-12.
3. 3. Canlı, M., Abalı, Y., Öztekin, B., Şirin, K., 2014. Deri Sanayi Atık Sularından Krom (VI) İyonunun Adsorbsiyonu-Removal of Chromium (VI) Ion From Leather Wastewaters By Adsorption, Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 10(1), 11-24.
4. 4. Nomanbhay, S.M., Palanisamy, K., 2005. Removal of Heavy Metal from Industrial Wastewater Using Chitosan Coated Oil Palm Shell Charcoal, Electron. J. Biotechn., 8(1), 43-53.
5. 5. Ravi, T., Jabasingh, S.A., 2018. Preparation and Characterization of Higher Degree-deacetylated Chitosan-coated Magnetic Adsorbent for the Removal of Chromium (VI) from its Aqueous Mixture, J. Appl. Polym. Sci., 135(9).
6. 6. Dinari, M., Haghighi, A., 2018. Ultrasound-Assisted Synthesis of Nanocomposites Based on Aromatic Polyamide and Modified ZnO Nanoparticle for Removal of Toxic Cr(VI) from Water, Ultrason Sonochem, 41, 75-84.
7. 7. Sezer, K., 2010. Şeker Pancarı Küspesinden Elde Edilen Aktif Karbonun Atıksulardaki 2,4-D ve Metribuzin Pestisitlerinin Adsorpsiyonunda Kullanılabilirliğinin Araştırılması. Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Ankara.
8. 8. Lim, A.P., Aris, A.Z., 2014. A Review on Economically Adsorbents on Heavy Metals Removal in Water and Wastewater, Rev. Environ. Sci. Bio., 13(2), 163-181.

9. 9. TÜİK: ‘Kaynak: https://biruni.tuik.gov.tr/ medas/?kn=92&locale=tr, (Erişim Tarihi: 11.07.2018).
10. 10. Yılmaz, C., Gökmen, V., 2013. Compositional Characteristics of Sour Cherry Kernel and its Oil as Influenced by Different Extraction and Roasting Conditions, Ind. Crop. Prod., 49, 130-135.
11. 11. Altun, T., 2019. Chitosan-coated Sour Cherry Kernel Shell Beads: an Adsorbent for Removal of Cr (VI) from Acidic Solutions, Journal of Analytical Science and Technology, 10(1), 14.
12. 12. Alvarez, J., Lopez, G., Amutio, M., Bilbao, J., Olazar, M., 2016, Preparation of Adsorbents from Sewage Sludge Pyrolytic Char by Carbon Dioxide Activation, Process Safety and Environmental Protection, 103, 76-86.
13. 13. Kar, H., 2010. Styrax officinalis L. Maki Bitkisi Tohumlarından Aktif Karbon Üretimi ve Cr (VI) İyonu Sorpsiyonunun İncelenmesi. Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Konya.
14. 14. Kutlu, P., 2015. Modifiye Kitosan Kompozitleri Üzerinde Lakkaz İmmobilizasyonu, Karakterizasyonu ve İmmobilize Enzim ile Tekstil Boyalarının Giderim Kinetiğinin İncelenmesi. Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Manisa.
15. 15. Yang, S., Luo, S., Liu, C., Wei, W., 2012. Direct Synthesis of Graphene–chitosan Composite and its Application as an Enzymeless Methyl Parathion Sensor, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 96, 75-79.
16. 16. Şahin, M., 2007. Kitosanın Schiff Baz Türevlerinin Sentezi ve Metal Komplekslerinin İncelenmesi. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Konya.
17. 17. Sargın, I., Kaya, M., Arslan, G., Baran, T., Ceter, T., 2015. Preparation and Characterisation of Biodegradable Pollen-chitosan Microcapsules and its Application in Heavy Metal Removal, Bioresource Technol, 177, 1-7.
18. 18. Huang, G.L., Zhang, H.Y., Shi, J.X., Langrish, T.A.G., 2009. Adsorption of Chromium(VI) from Aqueous Solutions Using Cross-Linked Magnetic Chitosan Beads, Ind Eng Chem Res, 48(5), 2646-2651.
19. 19. Pap, S., Radonic, J., Trifunovic, S., Adamovic, D., Mihajlovic, I., Miloradov, M.V., Sekulic, M.T., 2016. Evaluation of the Adsorption Potential of Eco-friendly Activated Carbon Prepared from Cherry Kernels for the Removal of Pb2+, Cd2+ and Ni2+ from Aqueous Wastes, J Environ Manage, 184, 297-306.
20. 20. Vanamudan, A., Pamidimukkala, P., 2015. Chitosan, Nanoclay and Chitosan-nanoclay Composite as Adsorbents for Rhodamine-6G and the Resulting Optical Properties, Int. J. Biol. Macromol, 74, 127-135.
21. 21. Kolodynska, D., Bak, J., Koziol, M., Pylypchuk, L.V., 2017. Investigations of Heavy Metal Ion Sorption Using Nanocomposites of Iron-Modified Biochar, Nanoscale Res. Lett. 12.
22. 22. Guo, J., Lua, A.C., 2000. Effect of Heating Temperature on the Properties of Chars and Activated Carbons Prepared From Oil Palm Stones, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 60(2), 417-425.
23. 23. Altun, T., Parlayıcı, S., 2017. Sepiolit-Kitosan Kompositlerinin Sentezi ve Bu Kompozit ile Sulu Çözeltilerden Cr(VI) Adsorpsiyonunun İncelenmesi, Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6(2), 242-254.
24. 24. Chen, Y.W., Wang, J.L., 2012. Removal of Radionuclide Sr2+ Ions from Aqueous Solution Using Synthesized Magnetic Chitosan Beads, Nucl. Eng. Des., 242, 445-451.
25. 25. Parlayıcı, S., Altun, T., 2017. Kitosan Kaplı Kaolin Boncukların Sulu Çözeltilerden Krom(VI) Uzaklaştırılmasında Adsorban Olarak Kullanımı, Selçuk Üniversitesi Mühendislik, Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6(1), 140-151.
26. 26. Sharma, G., Naushad, M., Al-Muhtaseb, A.H., Kumar, A., Khan, M.R., Kalia, S., Shweta, Bala, M., Sharma, A., 2017. Fabrication and Characterization of Chitosan-crosslinked-poly (alginic acid) Nanohydrogel for Adsorptive Removal of Cr(VI) Metal Ion from Aqueous Medium, Int J Biol Macromol, 95, 484-493.
27. 27. Moussavi, G., Mahmoudi, M., 2009. Removal of Azo and Anthraquinone Reactive Dyes from Industrial Wastewaters Using MgO Nanoparticles, J Hazard Mater, 168(2-3), 806-812.
28. 28. Nameni, M., Moghadam, M.R.A., Arami, M., 2008. Adsorption of Hexavalent Chromium from Aqueous Solutions by Wheat Bran, Int J Environ Sci Te, 5(2), 161-168.
29. 29. Altun, T., 2009. Düşük Maliyetli Bazı Doğal Adsorbanlar Kullanılarak Ağır Metallerin Sulu Çözeltilerden Adsorpsiyonunun İncelenmesi. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Konya.
30. 30. Gübbük, İ.H., 2006. Tek Moleküllü Tabakaların Fonksiyonelleştirilmesi ve Uygulamaları. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Konya.
31. 31. Jung, C., Heo, J., Han, J., Her, N., Lee, S.-J., Oh, J., Ryu, J., Yoon, Y., 2013. Hexavalent Chromium Removal by Various Adsorbents: Powdered Activated Carbon, Chitosan and Single/multi-walled Carbon Nanotubes, Separation and Purification Technology, 106, 63-71.
32. 32. Parlayıcı, S., Pehlivan, E., 2018. Chitosan Based a New Bio-Composite Adsorbent for the Removal of Cr (VI) from Aqueous Solution, Annals of Ecology and Environmental Science, 2(4), 30-35.
33. 33. Li, L., Fan, L., Sun, M., Qiu, H., Li, X., Duan, H., Luo, C., 2013. Adsorbent for Chromium Removal Based on Graphene Oxide Functionalized with Magnetic Cyclodextrin– Chitosan, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 107, 76-83.
34. 34. Selvi, K., Pattabhi, S., Kadirvelu, K., 2001. Removal of Cr (VI) from Aqueous Solution by Adsorption Onto Activated Carbon, Bioresource Technol, 80(1), 87-89.
35. 35. Babel, S., Kurniawan, T.A., 2004. Cr(VI) Removal from Synthetic Wastewater Using Coconut Shell Charcoal and Commercial Activated Carbon Modified with Oxidizing Agents and/or Chitosan, Chemosphere, 54(7), 951-967.
36. 36. Acharya, J., Sahu, J.N., Sahoo, B.K., Mohanty, C.R., Meikap, B.C., 2009. Removal of Chromium (VI) from Wastewater by Activated Carbon Developed from Tamarind Wood Activated with Zinc Chloride, Chem. Eng. J., 150(1), 25-39.
37. 37. Mor, S., Ravindra, K., Bishnoi, N., 2007. Adsorption of Chromium from Aqueous Solution by Activated Alumina and Activated Charcoal, Bioresource Technol, 98(4), 954-957.
38. 38. Farooq, U., Kozinski, J.A., Khan, M.A., Athar, M., 2010. Biosorption of Heavy Metal Ions Using Wheat Based Biosorbents-A Review of the Recent Literature, Bioresource Technol, 101(14), 5043-5053 39. Karthikeyan, T., Rajgopal, S., Miranda, L.R., 2005. Chromium (VI) Adsorption from Aqueous Solution by Hevea Brasilinesis Sawdust Activated Carbon, J. Hazard Mater., 124(1-3), 192-199.
39. 40. Li, Y.H., Di, Z.C., Ding, J., Wu, D.H., Luan, Z.K., Zhu, Y.Q., 2005. Adsorption Thermodynamic, Kinetic and Desorption Studies of Pb2+ on Carbon Nanotubes, Water Res., 39(4), 605-609.
40. 41. Ajmal, M., Rao, R.A.K., Ahmad, R., Ahmad, J., 2000. Adsorption Studies on Citrus Reticulata (fruit peel of orange): Removal and Recovery of Ni(II) from Electroplating Wastewater, J. Hazard Mater., 79(1-2), 117-131.
41. 42. Naiya, T.K., Chowdhury, P., Bhattacharya, A.K., Das, S.K., 2009. Saw Dust and Neem Bark as Low-cost Natural Biosorbent for Adsorptive Removal of Zn(II) and Cd(II) Ions from Aqueous Solutions, Chem. Eng. J., 148(1), 68-79.