Krom (VI) ve Metilen Mavisi Gideriminde Adsorban Olarak Volkanik Tüf Kullanımı

Abstract

Heksavalent krom (Cr (VI)) ve metilen mavisi (MB) gibi toksik kirleticilerin sulu çözeltilerden uzaklaştırılması, çevre ve sağlık üzerindeki zararlı etkileri nedeniyle büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, doğal olarak bulunan ve uygun fiyatlı bir malzeme olan volkanik tüfün, sulu çözeltilerden Cr (VI) ve MB'nin giderilmesi için bir adsorban olarak potansiyeli araştırılmıştır. pH, zaman, adsorban miktarı, başlangıç adsorbat konsantrasyonu ve sıcaklık gibi proses parametrelerini optimize etmek amacıyla modifiye edilmemiş (Normal), asitle modifiye edilmiş (AT) ve bazla modifiye edilmiş (BT) tüf kullanılarak kesikli adsorpsiyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Cr (VI) giderimi için pH=2, 20 ppm Cr (VI) konsantrasyonu, 0,1 g adsorban, 25 °C ve 60 dakika'lık optimum koşullarda, asitle modifiye edilmiş tüf en yüksek verimliliği (%25,01) göstermiştir. Optimum koşuldaki Cr (VI) giderimi için denge verileri Temkin izoterm modeline (R2=0,985) uymuş ve proses kinetiği, hız sınırlayıcı adımın kemisorpsiyon olduğunu gösteren sözde-ikinci-derece model (R2=0,994) ile uyumlu bulunmuştur. MB giderimi için 10 ppm MB konsantrasyonu, pH=5, 0,2 g adsorban, 25 °C ve 60 dakika'lık optimum koşulda, bazla modifiye edilmiş tüf maksimum verimlilik ve neredeyse tam giderim (%100) sergilemiştir. MB adsorpsiyon kinetiği de sözde-ikinci-derece modeli (R2=0,9989) desteklemiş ve denge, tek tabakalı adsorpsiyonu işaret eden Langmuir izotermi (R2=0,992) ile en iyi şekilde tanımlanmıştır. Taguchi optimizasyonu, Cr (VI) giderimi için pH ve başlangıç konsantrasyonunun (sırasıyla %47,18 ve %27,27 katkı) en önemli faktörler olduğunu, buna karşın MB gideriminde sıcaklık ve başlangıç konsantrasyonunun (%47,74 ve %33,46 katkı) baskın olduğunu doğrulamıştır. SEM, XRD ve FTIR analizleri, kimyasal modifikasyonun alüminosilikat yapısını değiştirerek yüzey reaktivitesini artırdığını doğrulamıştır. Bu çalışma, volkanik tüfün katyonik boyalar ve anyonik ağır metalleri içeren atık su arıtma uygulamaları için umut verici ve düşük maliyetli bir adsorban olduğunu öne sürmektedir.

The removal of toxic pollutants such as hexavalent chromium (Cr (VI)) and methylene blue (MB) from aqueous solutions is of significant concern due to their harmful environmental and health effects .This study examined the potential of volcanic tuff, a naturally occurring and reasonably priced material, as an adsorbent for the removal of MB and Cr (VI) from aqueous solutions. To optimize process parameters such as pH, contact time, adsorbent dosage, initial adsorbate concentration, and temperature, batch adsorption experiments were carried out using unmodified (Normal), acid-modified (AT), and base-modified (BT) tuff. At optimum conditions (pH=2, 20 ppm Cr (VI), 0.1g adsorbent, 25 oC, 60 min), the acid-modified tuff demonstrated the highest efficiency (%25.01) for Cr (VI) removal. The equilibrium data fit the Temkin isotherm model (R2=0.985), and the process kinetics were in accordance with the pseudo-second-order model (R2=0.994), suggesting chemisorption as the rate-limiting step. At 10 ppm MB concentration, pH=5, 0.2 g adsorbent, 25 oC, and 60 min, the base-modified tuff demonstrated nearly total removal (%100) and maximum efficiency for MB adsorption. The pseudo-second-order model (R2=0.9989) was also supported by the MB adsorption kinetics, and the Langmuir isotherm (R2=0.992) best described the equilibrium, indicating monolayer adsorption. Taguchi optimization verified that pH and initial concentration were the most important factors for Cr (VI) removal (%47.18 and %27.27 contribution, respectively), whereas temperature and initial concentration dominated MB removal (%47.74 and %33.46). SEM, XRD and FTIR analyses verified that chemical modification increased surface reactivity by changing the aluminosilicate structure. Volcanic tuff is a reliable and promising low-cost adsorbent for wastewater treatment applications involving both cationic dyes and anionic heavy metals.