Çörek Otu (Nigella sativa) Küspesinin Boya Adsorpsiyonunda Değerlendirilmesi: Malahit Yeşili Örneği

Öz

Bu çalışma, endüstriyel atık sularda yaygın olarak bulunan toksik bir katyonik boya olan Malakit Yeşili'nin (MG) sulu çözeltilerden uzaklaştırılması için düşük maliyetli ve doğal bir biyosorbent olarak Siyah Kimyon (Nigella sativa) tohumu posasının kullanılabilirliğini araştırmaktadır. Su kirliliğinin ekosistemler üzerindeki zararlı etkileri göz önüne alındığında, atık su arıtımı için ekonomik ve çevre dostu alternatifler geliştirmek kritik önem taşımaktadır. Sabit bir pH (5,60) ve 110 rpm karıştırma hızıyla, çeşitli başlangıç boya konsantrasyonları (10, 20, 30, 40 ve 50 ppm) ve sıcaklıklar (25 °C, 30 °C, 35 °C ve 40 °C) kullanılarak, toplu bir sistemde gerçekleştirilmiştir. Temas süresi ve başlangıç konsantrasyonunun adsorpsiyon verimliliği üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. Verilerin teorik modellerle uyumluluğunu belirlemek için Langmuir ve Freundlich adsorpsiyon izotermleri uygulanmıştır. Freundlich izoterm modelinin, Langmuir modeline kıyasla tüm sıcaklıklarda daha yüksek korelasyon katsayıları (R² = 0,7696 - 0,9475) sağladığını göstermiştir. Bu, adsorpsiyon sürecinin heterojen yüzeylerde gerçekleştiğini ve çok katmanlı bağlanma mekanizmalarını içerebileceğini düşündürmektedir. Buna karşılık, Langmuir modeli için daha düşük korelasyon değerleri (R² = 0,4742 - 0,6989), sürecin homojen yüzeylerde ideal tek katmanlı adsorpsiyon varsayımıyla tam olarak açıklanamayacağını göstermektedir. Sonuç olarak, Nigella sativa tohum posası, Malahit Yeşili giderimi için yüksek potansiyelli, sürdürülebilir ve uygun maliyetli bir biyosorbent olarak tanımlanmıştır. Bu çalışma, tarımsal yan ürünlerin su arıtma teknolojilerine entegrasyonunu destekleyerek döngüsel ekonomiye katkıda bulunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Malahit Yeşili
• Siyah Kimyon (Nigella sativa)
• Biyosorpsiyon
• Adsorpsiyon İzotermleri
• Freundlich Modeli
• Atık Su Arıtımı.

Evaluation of Nigella sativa Meal in Dye Adsorption: The Case of Malachite Green

Öz

This study investigates the potential of black cumin (Nigella sativa) seed pulp as a low-cost and natural biosorbent for the removal of malachite green (MG), a toxic cationic dye commonly found in industrial wastewater, from aqueous solutions. Given the adverse effects of water pollution on aquatic ecosystems, developing economical and environmentally friendly alternatives for wastewater treatment is critical. The study was conducted in a batch system using various initial dye concentrations (10, 20, 30, 40, and 50 ppm) and temperatures (25 °C, 30 °C, 35 °C, and 40 °C) at a constant pH (5.60) and a stirring speed of 110 rpm. The effects of contact time and initial concentration on adsorption efficiency were analyzed. Langmuir and Freundlich adsorption isotherms were applied to determine the compatibility of the data with theoretical models. The Freundlich isotherm model provided higher correlation coefficients (R² = 0.7696 - 0.9475) at all temperatures compared to the Langmuir model. This suggests that the adsorption process occurs on heterogeneous surfaces and may involve multilayer adsorption. In contrast, the lower correlation values for the Langmuir model (R² = 0.4742 - 0.6989) indicate that the process cannot be fully explained by the assumption of ideal monolayer adsorption on homogeneous surfaces. Consequently, Nigella sativa seed pulp is identified as a highly promising, sustainable, and cost-effective biosorbent for MG removal. This study contributes to circular economy practices by promoting the integration of agricultural by-products into water treatment technologies.

Anahtar Kelimeler

• Malachite Green
• Nigella sativa
• Biosorption
• Adsorption Isotherms
• Freundlich Model
• Wastewater Treatment.

Kaynakça

1. Abate, G. Y., Alene, A. N., Habte, A. T., & Getahun, D. M. (2020). Adsorptive removal of malachite green dye from aqueous solution onto activated carbon of Catha edulis stem as a low-cost bio-adsorbent. Environmental Systems Research, 9(1), 15.
2. Abewaa, M., Mengistu, A., Takele, T., Fito, J., & Nkambule, T. T. I. (2023). Adsorptive removal of malachite green dye from aqueous solution using Rumex abyssinicus-derived activated carbon. Scientific Reports, 13(1), 14701.
3. Al-Ghouti, M. A., & Al-Absi, R. S. (2020). Mechanistic understanding of the adsorption and thermodynamic aspects of cationic methylene blue dye onto cellulosic olive stones biomass from wastewater. Scientific Reports, 10(1), 15928.
4. Atalay, N. (2007). Ni(II) iyonlarının poli(2,5-dihidro-2,5-dimetoksifuran) üzerine adsorpsiyonu [Yüksek lisans tezi, Kırıkkale Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
5. Coşkun, Y. İ., Aksuner, N., & Yanık, J. (2019). Sandpaper wastes as adsorbent for the removal of brilliant green and malachite green dye. Acta Chimica Slovenica, 66(2), 402–413.
6. Das, R. R., Mukherjee, A., Sinha, I., Roy, K., & Dutta, B. K. (2020). Synthesis of potential bio-adsorbent from Indian Neem leaves (Azadirachta indica) and its optimization for malachite green dye removal from industrial wastes using response surface methodology: Kinetics, isotherms and thermodynamic studies. Applied Water Science, 10(5), Article 117.
7. Deniz, F. (2022). Application of biorefinery by-product of Nigella sativa L. herb for green treatment of synthetic dye impurity in aquatic environment: A circular economy based approach to water purification. International Journal of Phytoremediation, 25(1), 27–35.
8. Elella, M. H. A., Aamer, N., Abdallah, H. M., López-Maldonado, E. A., Mohamed, Y. M. A., Nazer, H. A. E., & Mohamed, R. R. (2024). Novel high-efficient adsorbent based on modified gelatin/montmorillonite nanocomposite for removal of malachite green dye. Scientific Reports, 14(1), 1228.

9. Elmorsi, T. M. (2011). Equilibrium isotherms and kinetic studies of removal of methylene blue dye by adsorption onto Miswak leaves as a natural adsorbent. Journal of Environmental Protection, 2(6), 817–827.
10. El-Sheekh, M. M., Deyab, M., Hassan, N. I., & Ahmed, S. E. A. (2023). Bioremediation of malachite green dye using sodium alginate, Sargassum latifolium extract, and their silver nanoparticles. BMC Chemistry, 17(1), 108.
11. Gentscheva, G., Vassileva, P., Tzvetkova, C., Pashev, A., Yotkovska, I., Mladenov, M., & Vassilev, T. (2025). Eco-friendly dye removal: Black cumin seed press cake for toluidine blue adsorption. Separations, 12(10), 258.
12. Guo, Y. P., Zhao, J. Z., Zhang, H., Yang, S. F., & Wang, Z. C. (2005). The adsorption of colored dyes by rice husk-based porous carbons. Dyes and Pigments, 65(1), 25–34.
13. Hameed, B. H., & El-Khaiary, M. I. (2008). Removal of basic dye from aqueous medium using a novel agricultural waste material: Pumpkin seed hull. Journal of Hazardous Materials, 155(3), 601–609.
14. Hassan, A. A., Al-Isawi, R., & Saleh, Z. A. (2021). The use of pre-heated black cumin seeds (Nigella sativa) for sorption of basic dyes from aqueous solutions. Journal of Ecological Engineering, 22(9), 149–158.
15. Jasper, E. E., Ajibola, V. O., & Onwuka, J. C. (2020). Nonlinear regression analysis of the sorption of crystal violet and methylene blue from aqueous solutions onto an agro-waste derived activated carbon. Applied Water Science, 10(6), 132.
16. Kaptanoğlu, S., Kul, A. R., Üstek Cengiz, Ş., & Öztaş, S. (2023). Çörek otu (Nigella sativa) küspesinin metilen mavisi biyosorpsiyonunda kullanılabilirliğinin araştırılması. EJONS International Journal on Mathematic, Engineering and Natural Sciences, 7(2), 209–219.
17. Moustafa, M. T. (2023). Preparation and characterization of low-cost adsorbents for the efficient removal of malachite green using response surface modeling and reusability studies. Scientific Reports, 13(1), 4493.
18. Nnaji, C. C., Agim, A. E., Mama, C. N., Emenike, P. C., & Ogarekpe, N. (2021). Equilibrium and thermodynamic investigation of biosorption of nickel from water by activated carbon made from palm kernel chaff. Scientific Reports, 11(1), 7808.
19. Raval, N. P., Shah, P. U., & Shah, N. K. (2016). Nanoparticles loaded biopolymer as effective adsorbent for adsorptive removal of malachite green from aqueous solution. Water Conservation Science and Engineering, 1(1), 69–81.
20. Sartape, A. S., Mandhare, A. M., Jadhav, V. V., Raut, P. D., Anuse, M. A., & Kolekar, S. S. (2014). Removal of malachite green dye from aqueous solution with adsorption technique using Limonia acidissima (wood apple) shell as low cost adsorbent. Arabian Journal of Chemistry, 10, S3229–S3238.
21. Sayed, A., Behalo, M. S., Feteha, A., Younis, A., Keshawy, M., Yousry, R., & Abdel-Raouf, M. E. (2025). Unveiling the removal performance of banana peel biochar and rice husk nanoparticles for crystal violet and methylene blue dyes from aqueous media. Discover Environment, 3(1), 143.
22. Seçme, H., & Savcı, S. (2018). Dye removal by adsorption from aqueous solution using pulp (Nigella sativa). Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 33(4), 147–154.
23. Serin, D. S. (2010). Supranol Yellow 4 GL boyar maddesi ve nikel (II) iyonlarının portakal kabuğuna adsorpsiyonunun kesikli ve sürekli sistemlerde incelenmesi [Yüksek lisans tezi, Mersin Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
24. Sun, X., Wang, S., Liu, X., Gong, W., Bao, N., Gao, B., & Zhang, H. (2008). Biosorption of malachite green from aqueous solutions onto aerobic granules: Kinetic and equilibrium studies. Bioresource Technology, 99(9), 3475–3483.
25. Şişmanoğlu, S., Akalın, M. K., Akalın, G. O., & Topak, F. (2023). Effective removal of cationic dyes from aqueous solutions by using black cumin (Nigella sativa) seed pulp and biochar. BioResources, 18(2), 3414–3439.
26. Taqui, S. N., Mohan, C. S., Khatoon, B. A., Soudagar, M. E. M., Khan, T. M. Y., Mujtaba, M. A., Ahmed, W., Elfasakhany, A., Kumar, R., & Pruncu, C. I. (2023). Sustainable adsorption method for the remediation of malachite green dye using nutraceutical industrial fenugreek seed spent. Biomass Conversion and Biorefinery, 13(10), 9119–9130.
27. Yağız, A. (2016). Çörek otu (Nigella sativa) kullanarak sulu çözeltilerden tekstil boyar maddelerin adsorpsiyonu [Yüksek lisans tezi, Ordu Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.