Fonksiyonlaştırılmış hidrocharların metilen mavisi adsorpsiyon özelliklerinin incelenmesi

Abstract

FBu çalışmada, biyokütle esaslı iki farklı atık malzeme olan Siirt fıstık kabuğu hidrocharı (SFKH) ve dut yaprağı hidrocharı (DYH) hidrotermal yöntem ile sentezlenmiş; ardından her iki hidrochar akrilonitril monomeri ile fonksiyonelleştirilerek geliştirilmiş adsorbentler elde edilmiştir. Hazırlanan adsorbentlerin yapısal ve fonksiyonel özellikleri FTIR, BET yüzey alanı analizi ve morfolojik incelemeler ile değerlendirilmiştir. BET analizleri, Siirt fıstık kabuğu kökenli hidrocharın fonksiyonelleştirme öncesinde 10,805 m²/g, sonrasında ise 2,720 m²/g yüzey alanına sahip olduğunu; dut yaprağı kaynaklı hidrochar için ise bu değerin fonksiyonelleştirme öncesi 6,359 m²/g, sonrası ise 1,365 m²/g olduğunu göstermiştir. Adsorpsiyon çalışmaları metilen mavisi (MM) kullanılarak yürütülmüş ve pH, başlangıç konsantrasyonu, sıcaklık, temas süresi gibi temel parametreler incelenmiştir. pH deneyleri sonucunda hem SFKH hem de DYH adsorbentlerinde optimum giderim verimi pH 8'de elde edilmiş; İzoterm çalışmaları Langmuir ve Freundlich modelleri ile değerlendirilmiş ve fonksiyonelleştirilmiş SFKH ve fonksiyonlaştırılmış DYH adsorbentlerinde Langmuir modeline ait korelasyon katsayısının daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Kinetik analizler sonucunda, 50–200 ppm başlangıç konsantrasyon aralığında metilen mavisinin adsorpsiyonunun yalancı birinci derece kinetik modeline daha yüksek uyum katsayısı (R² değerleri) ile uyum sağladığı belirlenmiştir. Termodinamik analizlerde hesaplanan ΔG° değerlerinin negatif, ΔH° değerlerinin pozitif olması, adsorpsiyonun spontan ve endotermik karakterde olduğunu ortaya koymuştur. Elde edilen sonuçlar, hem SFKH hem de DYH'nin düşük maliyetli, çevre dostu ve etkili adsorbentler olduğunu göstermektedir. Akrilonitril ile fonksiyonelleştirilen türevleri ise özellikle katyonik boyaların gideriminde daha yüksek performans sergilemiştir. Bu çalışma, tarımsal atıkların kimyasal olarak modifiye edilerek yüksek katma değerli adsorbentlere dönüştürülebileceğini ortaya koymakta ve sürdürülebilir çevre teknolojileri açısından önemli bir potansiyel sunmaktadır.

In this study, two different biomass-based waste materials, Siirt pistachio shell hydrochar (SFSH) and mulberry leaf hydrochar (MLH), were synthesized using a hydrothermal method; subsequently, both hydrochars were functionalized with acrylonitrile monomer to obtain improved adsorbents. The structural and functional properties of the prepared adsorbents were evaluated using FTIR, BET surface area analysis, and morphological studies. BET analyses showed that the Siirt pistachio shell hydrochar had a surface area of 10.805 m²/g before functionalization and 2.720 m²/g after; for mulberry leaf hydrochar, this value was 6.359 m²/g before functionalization and 1.365 m²/g after. Adsorption studies were carried out using methylene blue (MM), and basic parameters such as pH, initial concentration, temperature, and contact time were investigated. pH experiments showed that optimum removal efficiency was obtained at pH 8 for both SFKH and DYH adsorbents; isotherm studies were evaluated using Langmuir and Freundlich models, and it was determined that the correlation coefficient of the Langmuir model was higher in functionalized SFKH and functionalized DYH adsorbents. Kinetic analyses revealed that the adsorption of methylene blue in the initial concentration range of 50–200 ppm conformed to the pseudo-first-order kinetic model with a higher fit coefficient (R² values). The negative ΔG° values and positive ΔH° values calculated in thermodynamic analyses indicated that the adsorption was spontaneous and endothermic. The obtained results show that both SFKH and DYH are low-cost, environmentally friendly, and effective adsorbents. Their derivatives functionalized with acrylonitrile showed particularly higher performance in the removal of cationic dyes. This study demonstrates that agricultural waste can be chemically modified to transform it into high value-added adsorbents, offering significant potential for sustainable environmental technologies.