Experimental Design Methodology Applied To Adsorption of Brilliant Blue Onto Amberlite Xad-4 Agaricus Campestris Composite Material

Abstract

Bu tezin temel amacı, biyolojik kompozit adsorban olarak elde edilen XAD-4 Amberlite / Agaricus campestris materyali ile sulu çözeltiden Brilliant Blue'nun (BBG) maksimum adsorpsiyonu ve çok aşamalı bir deneysel tasarım olan Cevap Yüzey Yöntemi ile optimum koşulları optimize etmektir. İlk aşamada faktörlerin etkisi (başlangıç boya konsantrasyonu, sıcaklık, temas süresi, pH, çalkalama hızı, numune hacmi ve adsorban dozajı) Plackeet Burmann Dizayn kullanılarak elde edildi. Ardından, ikinci adımda etkili faktörlerin optimum bölgesini tahmin etmek için En Dik Yükselme Yöntemi (SAM) kullanıldı. Son aşamada boyanın uzaklaştırılması için etkili parametrelerin optimum ortam koşullarını değerlendirmek için Merkezi Deney Tasarımı programı kullanılmıştır. Cevap Yüzey Yöntemi, boyanın maksimum uzaklaştırılması için (%96.72) başlangıç boya konsantrasyonu, numune hacmi, temas süresi ve adsorban dozajının optimum koşullarının sırasıyla 107.13 mg L-1, 28.6 mL, 60.78 dak ve 0.38 g olarak elde edildi. 4 farklı adsorpsiyon izotermine bakıldı. Temkin izoterminin, Langmuir, Freundlich ve Harkins-Jura izotermlerinden daha iyi uyum gösterirdiği görülmüştür. Entalpi (ΔHo) -22.81 kJ/mol, entropi (ΔSo) 97.96 J/mol.K ve Gibbs serbest enerjisi (ΔGo) -6.53 kJ/mol gibi termodinamik parametreler değerlendirildi. ΔGo ve ΔHo'nun negatif değeri, adsorpsiyon sürecinin doğada spontane ve ekzotermik olduğunu gösterdi. Sonuçlar, çok aşamalı istatistiksel optimizasyon tasarımlarının deneylere başarıyla uygulandığını ve Amberlite XAD-4/A. campestris'in uygun bir biyo kompozit adsorban olduğunu ve BBG boyar maddesinin sulu çözeltiden optimum koşullar altında çıkarılması için spesifik bir afiniteye sahip olduğu rapor edilmiştir.

The main objective of this thesis is optimizing the optimum conditions for the maximum adsorption of Brilliant Blue G250 (BBG) from aqueous solution by a XAD-4 Amberlite/Agaricus campestris as a biocomposite adsorbent by applying a multi-step experimental design of RSM. In first step, the effect of factors with specified ranges (initial dye concentration (5 to 150 mg L-1), temperature (20 to 50 oC), contact time (5 to 100 min), pH (3 to 11), shaking speed (150 to 300 rpm), sample volume (5 to 75 mL) and adsorbent dosage (0.05 to 0.6 g) was obtained using PBD. Then SAM used to predict the optimum region of effective factors in the second step. CCD was utilized to evaluate the optimum medium conditions of effective parameters for the removal of dye on last step. RSM indicated that optimum conditions of initial dye concentration, sample volume, contact time and adsorbent dosage for maximum removal of BBG (96.72%) were achieved as 107.13 mg L-1, 28.6 mL, 60.78 min and 0.38 g respectively. The adsorption of brilliant blue by biocomposite adsorbent was aproved by SEM and FTIR. Adsorption isotherm shows that Temkin better fit than Langmuir, Freundlich and Harkins–Jura isotherms. Thermodynamic parameters like the enthalpy (ΔHo) -22.81 kJ/mol, entropy (ΔSo) 97.96 J/mol.K and Gibbs free energy (ΔGo) -6.53 kJ/mol were evaluated. The results show that a multi-step statistical optimization designs is successfully applied to experiments and XAD-4/A. campestris is an appropriate biocomposite adsorbent and has a specific affinity for removal of BBG from aqueous solution under optimal conditions.