Trabzon / Beşikdüzü Kili Üzerine Bazı Boyar Maddelerin Adsorpsiyonunun İncelenmesi

Abstract

Sanayileşmenin hızla arttığı günümüzde, özellikle tekstil, boya ve kimya endüstrilerinde kullanılan sentetik boyar maddelerin çevreye verdiği zararlar önemli bir sorun hâline gelmiştir. Bu bağlamda, çevre dostu, düşük maliyetli ve etkili bir arıtım yöntemi olarak adsorpsiyon tekniği ön plana çıkmaktadır. Bu tez çalışması, Trabzon'un Beşikdüzü ilçesinden temin edilen doğal kilin metilen mavisi (MM) ve kristal viyolet (KV) gibi yaygın boyar maddelerin gideriminde potansiyel bir adsorban olarak kullanılabilirliğini incelemeyi amaçlamaktadır. Çalışmanın başlangıcında, Beşikdüzü kil örnekleri toprak yüzeyinden temin edilerek saf su ile yıkanmış, kurutulmuş ve öğütülerek adsorpsiyon çalışmaları için hazır hâle getirilmiştir. Bu ön işlemler, kilin doğal yapısındaki safsızlıkların giderilmesi ve adsorpsiyon verimliliğinin artırılması amacıyla uygulanmıştır. Hazırlanan kil örnekleri daha sonra BET (Yüzey Alanı Analizi), SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu), FTIR (Fourier Transform Infrared Spektroskopisi), XRF (X-Işını Floresans Analizi) ve TGA-DTA (Termogravimetrik-Diferansiyel Termal Analiz) gibi çeşitli karakterizasyon yöntemleri ile analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, kilin geniş yüzey alanına, yüksek gözenekliliğe ve kimyasal stabiliteye sahip olduğu belirlenmiştir. Bu özellikler, onu boyar madde giderimi açısından ideal bir adsorban adayı hâline getirmektedir. Adsorpsiyon deneyleri, farklı sıcaklık, pH, temas süresi, başlangıç derişimi ve adsorban miktarı gibi parametreler altında yürütülmüştür. Elde edilen deneysel veriler doğrultusunda, adsorpsiyon süreçlerinin izoterm davranışı Langmuir, Freundlich, Temkin ve Dubinin-Radushkevich (D-R) izoterm modelleri ile modellenmiştir. Özellikle Langmuir izoterm modelinin yüksek uyum katsayısına sahip olduğu ve adsorpsiyonun yüzeye tek katmanlı, homojen şekilde gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Bu bulgu, kilin belirli bir adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğunu göstermektedir. Termodinamik analizler sonucunda hesaplanan ∆G°, ∆H° ve ∆S° değerleri incelenerek adsorpsiyon işleminin enerji değişimleri değerlendirilmiştir. Negatif ∆G° değerleri, sürecin spontan (kendiliğinden) gerçekleştiğini; pozitif ∆H° değeri ise adsorpsiyonun endotermik karakter taşıdığını ortaya koymuştur. Ayrıca, pozitif ∆S° değerleri, sistemde düzensizliğin arttığını ve adsorpsiyon sırasında boyar maddelerin yüzeye tutunmasının rastgele bir süreç olduğunu göstermektedir. Genel olarak, yapılan bu tez çalışması, Trabzon Beşikdüzü kilinin metilen mavisi ve kristal viyolet gibi sentetik boyar maddelerin gideriminde etkili bir adsorban olarak değerlendirilebileceğini ortaya koymaktadır. Doğal, kolay erişilebilir ve çevre dostu bir malzeme olan kilin bu şekilde değerlendirilmesi hem çevresel sürdürülebilirliğe katkı sağlayacak hem de düşük maliyetli arıtım teknolojilerine yeni bir alternatif sunacaktır.

In today's world, where industrialization is rapidly accelerating, the environmental pollution caused by synthetic dyes used in textile, paint, and chemical industries has become a major concern. In this context, adsorption emerges as a cost-effective, environmentally friendly, and efficient method for dye removal. This thesis focuses on investigating the potential use of natural clay from the Beşikdüzü district of Trabzon as an adsorbent for the removal of common dyes such as methylene blue (MB) and crystal violet (CV) from aqueous solutions. At the beginning of the study, clay samples were collected from the Beşikdüzü region, washed with distilled water, dried, and ground into a fine powder. These pretreatment steps were carried out to eliminate impurities and enhance the adsorption capacity. The prepared samples were then subjected to detailed characterization analyses using techniques such as (BET) Surface Area Analysis, Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Fluorescence (XRF), and Thermogravimetric-Differential Thermal Analysis (TGA-DTA). The results showed that the clay possessed a high specific surface area, suitable porosity, and stable chemical structure—features ideal for adsorption processes. Adsorption experiments were conducted under varying conditions of temperature, pH, contact time, initial dye concentration, and adsorbent dosage to identify the optimum operating parameters. The adsorption behavior of the system was evaluated using isotherm models such as Langmuir, Freundlich, Temkin, and Dubinin-Radushkevich (D-R). Among these, the Langmuir model exhibited the best fit to the experimental data, suggesting that the adsorption occurred as a monolayer on a homogeneous surface with a finite number of identical sites. Thermodynamic parameters such as Gibbs free energy change (∆G°), enthalpy change (∆H°), and entropy change (∆S°) were calculated to understand the nature and spontaneity of the adsorption process. Negative ∆G° values indicated that the adsorption was spontaneous, while positive ∆H° values revealed that the process was endothermic. Additionally, positive ∆S° values suggested increased randomness at the solid-liquid interface during adsorption. In conclusion, the findings of this thesis demonstrate that the natural clay from Beşikdüzü, Trabzon, can serve as an effective and sustainable adsorbent for removing synthetic dyes such as methylene blue and crystal violet from wastewater. This study provides a valuable contribution to the field of environmental remediation by promoting the use of natural and locally available materials in water treatment technologies.