Basic Blue 41, Basic Red 46 ve Basic Yellow 28 Boyar Maddelerinin Çözeltiden Anyonik Polimer Membran ile Giderilmesi

R. OZDOGAN/APJES 6-1 (2018) 17-24 Basic Blue 41 ve Basic Red 46 Boyar Maddelerinin Çözeltiden Anyonik Polimer Membran ile Giderilmesi 1 *1Reyhan Ozdogan, 1Mithat Celebi Mühendislik Fakültesi, Polimer Mühendisliği Bölümü, Yalova Üniversitesi, Türkiye Geliş Tarihi: 2017-02-06 Kabul Tarihi: 2018-01-31 Öz Endüstriyel atık sular içerisinde tekstil atık suları çok çeşitli kimyasallar ve boyar maddeler içermelerinden dolayı dikkat çekmektedirler. Bu boyar maddeleri su kaynaklarına, ırmaklara ve denizlere arıtılmadan bırakıldıklarında suda yaşayan canlılar ve besin zinciri olumsuz etkilenmektedir. Bu zararlı etkilerin en aza indirilmesi için endüstriyel atık suların arıtılması canlılar için hayati önem taşımaktadır. Bu çalışmada, akrilik elyafların boyanmasında kullanılan iki farklı bazik karakterdeki tekstil boyar maddesi (Basic Blue 41-BB41 and Basic Red 46-BR46) farklı pH, süre, sıcaklık ve başlangıç boyar madde konsantrasyonlarında sülfonik asit esaslı polimerik membran ile çözelti ortamından % 75 ile % 100 aralığında boyar madde giderme yüzdesi ile giderildi. Gibbs serbest enerjisi (∆G) değerleri BB41 ve BR46 boyar maddeleri için 318 K’de sırası ile -5.2 kj/mol ve -5,52 kj/mol olarak bulundu. Adsorpsiyon izotermleri incelendiğinde her iki boyar maddenin polimer membranına adsorpsiyonunun Freundlich izotermine uyduğu tespit edildi. Anahtar kelimeler: adsorpsiyon, akrilik elyaf, atık su, bazik boyar madde, Nafion® membran Elimination of Basic Blue 41 ve Basic Red 46 Dyestuffs from Solution by Anionic Polymer Membrane *1Reyhan Ozdogan, 1Mithat Celebi 1Faculty of Engineering, Department of Polymer Engineering, Yalova University, Turkey Abstract Textile wastewaters in industrial wastewaters are attracting attention because of containing a various chemicals and dyestuffs. When these dyestuffs are discharge to water resources, rivers and seas, the aquatic life and food chain without any treatment are adversely affected. The treatment of industrial wastewater is vital for all living creatures to minimize these harmful effects. Two different basic dyestuffs (Basic Blue 41-BB41 and Basic Red 46-BR46), which are used to dyeing of acrylic fibers were removed from the solution with a sulfonic acid based polymeric membrane adsorbent at different pH, time, temperature and initial dyestuff concentration with 75% to 100% removal percentage range values in this study. The Gibbs free energy (ΔG) values were found to be -5.2 kJ/mol and -5.52 kJ/mol for the BB41 and BR 46 dyes, respectively, at 318 K. According to the adsorption isotherms, the adsorption of both dyestuffs on the polymer membrane were fit to the Freundlich isotherm. Keywords: acrylic fiber, adsorption, basic dyestuff, Nafion®membrane, wastewater *Sorumlu Yazar: 1 Mühendislik Fakültesi, Polimer Mühendisliği Bölümü, Yalova Üniversitesi, Türkiye Doi: 10.21541/apjes.290368 18 R. OZDOGAN/APJES 6-1 (2018) 17-24 1. GİRİŞ Sentetik boyar maddeler yılda 0,7-0,8 milyon tondan fazla dünya çapında üretilerek endüstride değişik sektörlerde kullanılmaktadır. Yaklaşık 10.000 farklı boya ve pigment endüstriyel olarak kullanılmaktadır. Tekstil, kağıt, gıda, plastik ve kozmetik gibi çeşitli sektörlerden renkli atık su deşarjı ile ilgili sorunlar hükümetlerin ve bilim insanlarının dikkatini çekmektedir [1]. Tekstil endüstrisinde boyama işlemleri sırasında genellikle renkli, yüksek kimyasal ve biyolojik oksijen ihtiyacı, kullanılan işleme ve boyar madde türüne göre farklı pH’larda atık sular meydana gelmektedir. Atık suların ekosistem için doğrudan risk oluşturmaları nedeniyle arıtmaları önemlidir [2]. Boyar maddelerin bir kısmı kanserojen olduklarından ve suda oluşturdukları renk nedeniyle güneş ışığını engellemeleri, fotosentezi azaltması ve görüntü kirliliği oluşturduklarından dolayı atık sulardan bertaraf edilmeleri gerekmektedir [3]. Organik moleküller olarak bilinen boyar maddelerin çoğu suda çözünürken (katyonik-bazik, asid, metal kompleks, direk ve reaktif boyar maddeler), sadece dispers boyalar suda dispersiyon halinde bulunurlar. Boyar maddeler yaygın olarak iki farklı şekilde kimyasal yapılarına ve kullanım amacına göre sınıflandırılırlar. Endüstride boyar maddeler daha çok kullanım amacına göre sınıflandırıldıkları isimleri ile bilinmektedir [4],[5]. Yaygın olarak kullanılan boyar maddelerin kimyasal yapısı ve oluşturdukları kirlilik Çizelge 1’de özetlenmektedir [6]. Moleküllerinde pozitif yük taşıyan boyar maddelere katyonik boyar maddeler veya bazik boyar maddeler adı verilir [7]. Bazik boyar maddeler genellikle asetik asit veya tannik asit yardımıyla 80-90 ºC’de akrilik elyafını hızlı bir şekilde boyarlar ve kumaşa güçlü bir şekilde bağlanırlar. Bazik boyar maddeler tekstil endüstrisinde özellikle akrilik elyafların boyanmasında kullanılmaktadır. [3], [8]. Tablo 1. Boyar maddelerin sınıfları, kimyasal grupları ve oluşan kirlilik Atık 10 Özellikleri Kimyasal Grupları Oluşan Kirlilik Azo, nitro, nitrozo, Renk, organik asitler, trifenilmetan, ksanten bağlanmayan boyar madde Asit Suda çözünür Bazik Suda çözünür, yüksek azo, triarilmetan, ksanten, Renk, parlaklık akridin, oksazin, antrakinon madde Direkt Suda çözünür, elyafa Azo, fitalosiyanin, doğrudan uygulanır oksazin Dispers Suda çözünmez Reaktif Renk, tuz, alkalinite, Suda çözünür, en geniş Azo, antrakinon, fitalosiyanin, bağlanmayan boyar madde, boyar madde sınıfı formazon, oksazin yüzey aktif maddeler, köpük kırıcılar Azo, antrakinon, nitro sulardan boyar maddelerin giderilmesinde ana başlıklar halinde fiziksel, kimyasal ve biyolojik yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemler içerisinde polielektrolitler ile flokulasyon ve koagülasyon, oksidasyon, ozonlama, membran ile ayırma, değişik fonksiyonel gruplar içeren tasarlanmış polimerlere zehirli ve renkli kimyasalların adsorpsiyonu ve anaerobik arıtma gibi yöntemler ayrı olarak veya birden fazla yöntemin birbirinin ardı sıra kullanılması atık suyun karakterizasyonuna göre tercih edilmektedir [2], [9]–[12]. Tekstil endüstrisi kaynaklı renkli atık suların gideriminde polimerler polielektrolit veya adsorban olarak kullanılmaktadır. Adsorban materyalinin tekrar kullanılabilmesi stilben, bağlanmayan boyar Renk, tuz, bağlanmayan boyar madde, yüzey aktif maddeler Renk, organik asitler, fosfatlar, köpük kırıcılar, ağartıcılar, dispersantlar ekonomik olması açısından önemlidir. Aktif karbon, kitosan, zeolitler, killer, bazı endüstriyel atıklar ve tarımsal atıklar boyar maddelerin giderilmesinde sıklıkla kullanılan adsorbanlar arasında yer almaktadır [11], [13]–[16]. Literatürde perfluorosülfonik asit esaslı polimerik membran (Nafion®) ile bazik boyar maddelerin giderilmesine ait herhangi bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu çalışmada, perfluorosülfonik asit esaslı polimerik membran adsorban materyali olarak kullanılarak iki farklı bazik boyar maddenin (Basic Blue 41 ve Basic Red 46) farklı koşullarda (pH, sıcaklık, başlangıç boyar madde konsantrasyonu) giderilmesi incelendi. 19 R. OZDOGAN/APJES (...truncated)