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

Yıl 2019, Cilt: 34 Sayı: 3, 219 - 234, 30.09.2019

Türkan Altun Hüseyin Ecevit

https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.638154

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. TÜİK: ‘Kaynak: https://biruni.tuik.gov.tr/ medas/?kn=92&locale=tr, (Erişim Tarihi: 11.07.2018).
• 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. 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. 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. 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. 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. 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. Şahin, M., 2007. Kitosanın Schiff Baz Türevlerinin Sentezi ve Metal Komplekslerinin İncelenmesi. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Konya.
• 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Altun, T., 2009. Düşük Maliyetli Bazı Doğal Adsorbanlar Kullanılarak Ağır Metallerin Sulu Çözeltilerden Adsorpsiyonunun İncelenmesi. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Konya.
• 30. Gübbük, İ.H., 2006. Tek Moleküllü Tabakaların Fonksiyonelleştirilmesi ve Uygulamaları. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Konya.
• 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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.
• 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.
• 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.
• 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.