Tekstil terbiye atık suyunda manyetik polimerlerle renk giderimi

GİRİŞ

KURAMSAL TEMELLER VE KAYNAK ARAŞTIRMASI

Tekstil Terbiye İşlemleri

• Ön Terbiye
• Renklendirme İşlemleri (Boyama-Baskı)
• Bitim İşlemleri

Tekstil malzemelerinin ham ürün durumunu her açıdan iyileştirmek için yapılan işlemlerin tümüne terbiye denir. Dokuma ve örme sonucu elde edilen malzemenin boyanmadan veya baskı yapılmadan önce geçirdiği işlemlere ön terbiye işlemleri denir. Beyaz renkte kullanılacak malzemenin apre için, renkli renklerde kullanılacak malzemenin ise boyama veya baskıya hazırlanması için yapılan bir işlemdir.

Tekstilde Boyama

Boyaların kumaşa nüfuz edebilmesi için görünür ışığı absorbe edecek belirli yapılara sahip olmaları gerekir. Boyalar nükleer yapılarına göre katyonik, anyonik ve noniyonik gibi gruplara ayrılmakta ve farklı özelliklerine göre başka sınıflandırmalar da yapılmaktadır. Bunlar; Katyonik (bazik), anyonik (reaktif, asidik ve direkt) ve noniyonik (dispers) boyalar olarak sıralanabilirler.

Reaktif Boyarmaddeler ve Özellikleri

• Reaktif Boyarmaddelerin Gelişimi
• Reaktif Boyarmaddelerin Sahip Oldukları Avantaj- Dezavantajlar
• Reaktif Boyarmaddelerin Kimyasal Yapısı
• Reaktif boyarmaddelerin sınıflandırılması
• Reaktif Boyarmaddelerde Reaktivite ve Substantivite
• Reaktif Boyarmaddelerde Boyama

Reaktif boyalar, azo, antrakinon ve triarilmetan gibi kromoforik (renk oluşturucu) gruplar ve elyaflarla kovalent bağ oluşturma yeteneğine sahip vinil sülfon, klorotriazin, trikloropirimidin ve diflorokloropirimidin gibi reaktif grupları içerir. İlk olarak yün için üretilen reaktif boyalar daha sonra hem yünlü hem de selülozik ürünlerde kullanılmaya başlandı. Azo grubuna ait reaktif boyalar kolaylıkla silindiğinden aşındırma baskıda temel renk olarak tercih edilmektedir.

Tekstil Terbiyesi Kaynaklı Çevre Kirliliği

• Tekstilde Atık sular
• Atık sulardan Renk Giderim Yöntemleri (Arıtım Yöntemleri)

Tekstillerde atık sudaki kirleticilerin oranları, tercih edilen boya türüne ve boyanın kumaşa yapışmasını arttırmak için kullanılan yardımcı kimyasalların türüne göre değişmektedir. Atık sularda bulunan boya türleri ve tipik kirletici maddeler (http://www.epa.gov/compliance/resources/publications/assistance/sectors/n otebooks/textilsn.pdf). Renk parametresinin 300 birimi (Pt-Co) aşması durumunda firmanın değişiklik yaparak yeni düzenlemelere uyması gerektiği ve bu limitleri içeren kural kitabının Resmi Gazete'de yayımlandığı belirtildi.

Tekstil atıksuları ile su kirliliğinin mevcut durumu dikkate alınarak Su Kirliliği Yönetmeliği yayımlanmıştır. Alıcı sahadaki atıksu deşarj standartları, kompozit atıksudan alınan anlık, iki saatlik ve 24 saatlik konsantrasyon değerleridir. Atık suyun alıcı ortama iki saatten daha kısa sürede bırakılması durumunda, atık suyun salındığı sırada alınan kompozit numune, genel bir bakış sağlamak amacıyla iki saatlik numuneyle karşılaştırılır.

ZSF, kullanılan birim atık su hacmi ile bağıl seyreltme suyu hacimlerinin toplamı sonucu elde edilir. www.yesilaski.com/balik-biyodeneyi.html. Atıksu arıtma yöntemlerinden biri seçilirken alıcı ortam dışında hava ve toprak kirliliği ya da katı atık yaratarak çevreye zarar vermeyecek yöntemler seçilmelidir. Arıtmada uzun yıllardan beri kullanılan ve tercih edilen kimyasal yöntemler, atıksu kalitesindeki, kullanılan kimyasallardaki ve dozajındaki değişikliklere karşı kolaylıkla tolere edilebilmesi nedeniyle önemli bir yere sahiptir.

Bu dezavantajlarına rağmen kimyasal yöntemler düşük yatırım maliyetleri, uygulama kolaylığı ve yöntemin basit kontrol edilebilirliği nedeniyle en yaygın kullanılan yöntemler arasında yer almaktadır.

Atık su Arıtımında Fiziksel Yöntemlerden Adsorpsiyonun Yeri

• Adsorpsiyon Çeşitleri
• Adsorpsiyonu Etkileyen Faktörler

Boya içeren atık sulardan boyanın uzaklaştırılmasında kitosan lifleri, kurutulmuş biyogaz atık çamuru, portakal kabukları ve küspe gibi malzemeler kullanılmış ve olumlu sonuçlar alınmıştır. Burada kullanılan emicinin uzaklaştırılması sorunu da mevcut olduğundan çeşitli kimyasal modifikasyonlarla adsorpsiyon kapasitesi artırılmaktadır. Boya içeren atık sulardan boyaların giderimi için toz aktif karbon, kömür, granül aktif karbon, uçucu kül, asitle aktifleştirilmiş kil, silika, alümina ve magnezyum mika gibi maddeler kullanılmış ve olumlu sonuçlar alınmıştır.

Boya ve sorbent arasındaki oran, sorbentin yüzey alanı, sıcaklık, pH ve temas süresi gibi faktörler de adsorpsiyonu belirleyen faktörlerdir. İncelendiğinde düşük molekül ağırlıklı boyaların (asidik, reaktif) düşük adsorpsiyona, yüksek molekül ağırlıklı boyaların (bazik, direkt) yüksek adsorpsiyona, hidrofobik boyaların ise orta-yüksek adsorpsiyona sahip olduğu belirlendi. Reaktif, direkt, metal kompleks, bazik ve asit boyalar suda iyi çözündükleri için absorbsiyon yoluyla atık sudan uzaklaştırılmaları zordur.

Modifiye selüloz ayrıca reaktif, direkt, kükürt ve asit boyaları içeren atık sulardan rengin giderilmesinde de kullanılabilir. Aynı zamanda maliyeti azaltmak için aktif karbon yerine kömür, kok veya turba da kullanılabilir. Katı fazın yüzeyindeki sıvı+katı çözeltiden adsorpsiyon işlemi sırasında, katı fazdaki ve sıvı fazdaki maddelerin konsantrasyon özellikleri adsorpsiyon değerini etkiler.

İyon değişimi, bir elektrolit çözeltisindeki bir katının iyonlarının tersinir değişimidir.

Polimerik Adsorbanlar

Bunlar kütle kaybı veya enerji değişiminin eşlik ettiği değişikliklerdir ve termal analiz teknikleri kullanılarak kolayca bulunabilir. Genel olarak termal analiz terimi, ısıtılan bir maddenin fiziksel veya kimyasal özelliklerinde meydana gelen değişikliği kapsar. Isı nedeniyle ne kadar kütle kaybı meydana geldiğini belirlemek için kullanılan termal analiz tekniğine termogravimetri denir.

Programlanmış ısıtılmış bir maddenin kütle kaybını sıcaklığın bir fonksiyonu olarak kaydeden termogravimetriye dinamik termogravimetri (TG) adı verilir. Ayrıca sabit sıcaklıkta ısıtılan maddenin kütle kaybını zamanın fonksiyonu olarak kaydeden termogravimetriye izotermal termogravimetri (ITG) adı verilir. Diferansiyel termal analiz (DTA), programlı olarak ısıtılan bir maddenin sıcaklığı ile bu sıcaklıklarda sıcaklığın bir fonksiyonu olarak herhangi bir termal değişime uğramayan inert bir referans malzemenin sıcaklığı arasındaki farkı kaydeden bir termal analiz tekniğidir; Aynı koşullar altında ısı değişim hızını sıcaklığın bir fonksiyonu olarak kaydeden termal analiz tekniğine Diferansiyel Taramalı Kalorimetri adı verilir.

Isıtılan malzemenin mekanik özelliklerindeki değişiklikleri sıcaklığın fonksiyonu olarak programlı bir şekilde kaydeden tekniğe Termomekanik Analiz (TMA) denir. Camsı geçiş sıcaklığı, sert fazdan yumuşak faza geçişi karakterize eden ikinci dereceden bir geçiş olduğundan, polimerlerin sadece Tg değerinde bir bükülme vardır ve ısı alışverişini yansıtan ani bir geçiş yoktur. Bu durumda polimer zincirindeki birimlerin hareketi için gereken serbest hacim (%2,5) daha kolay sağlanabildiğinden polimerin camsı geçiş sıcaklığının değeri düşük olacaktır.

Polimerler için iki sıcaklık vardır: cam geçiş sıcaklığı (Tg) ve kristal erime sıcaklığı (Te).

Manyetik Polimerler

• Polimerizasyon
• Manyetik Polimer Hazırlama Yöntemleri
• Manyetik Polimerlerin Kullanım Alanları
• Manyetik ve Hidrojel Yapıların Adsorban Olarak Kullanımı

Bir polimerin kristallik derecesi (Xc), kristalli bölgenin dispersiyonunun, kristalin ve amorf bölgenin dispersiyonunun toplamına oranıdır. Çapraz bağlı kopolimerler güçlü kovalent bağlarla bağlandıkları ve üç boyutlu ağ yapısına sahip oldukları için hiçbir solventte çözünmezler. Polimerizasyon işlemi sırasında monomerin reaksiyonlara katılmayan bir çözücü veya seyreltici içerisinde polimerleştirilmesiyle kütle polimerizasyonunun dezavantajları önlenir.

Manyetik hazırlama yöntemleri genel olarak emülsiyon polimerizasyonu, süspansiyon polimerizasyonu, dispers fazda jelleşme ve çapraz bağlanma olarak verilebilir. Sistem önce soğutulur, ardından ısıtılır ve polimerizasyon ve çapraz bağlanmayı sağlamak için çapraz bağlayıcılar eklenir. Manyetik polimerler, dış manyetik etkiye şişme, büzülme ve bükülme yoluyla tepki vererek manyetik alana göre hareket ederler.

Manyetik doğa, polimere manyetik alana tepki verme yeteneği verir ve numune alma ve numune almanın daha hızlı ve kolay bir şekilde gerçekleştirilmesine olanak tanır. İnorganik desteklerin en büyük dezavantajı ligand immobilizasyonu için sınırlı sayıda fonksiyonel gruba sahip olmalarıdır (O'Brien ve diğerleri, 1966). Doğal ve yapay polimerler, uygun koşullar altında monomerlerle reaksiyona girerek ağır metal gideriminde kullanılan çapraz bağlı ürünler oluşturur.

Ayrıca manyetik özelliklere sahip olan m-poly (DVB-VIM), tekstil atık sularından boyaların uzaklaştırılmasında araştırılan ve kullanılan manyetik bir polimerdir.

Materyal

• Kullanılan Adsorban (Polimer)
• Kullanılan Boyarmaddeler ve Kimyasallar
• Kullanılan Malzemeler, Cihaz ve Yardımcı Gereçler

Çalışmada kullanılan boyaların maksimum absorbsiyon değerleri Tablo 3.3'te, çalışmada kullanılan kimyasallar ise Tablo 3.4'te verilmiştir.

Yöntem

• Polimer mikro kürelerin Sentezi
• Polimer mikro kürelerin karakterizasyonu
• Polimer mikro kürelerin Boyarmadde Adsorpsiyonu

Daha sonra homojenize bir organik faz (monomer fazı) elde etmek için bu çözeltiye VIM (monomer; 7.3 mL; 80 mmol) ve BPO (100 mg) ilave edildi. 65oC sabit sıcaklıkta organik faz ve dispersiyon fazı; Pyrex camdan yapılmış kapalı silindirik bir polimerizasyon reaktöründe manyetik bir karıştırıcı ile karıştırıldı. Poli(DVB-VIM) ve m-poli(DVB-VIM) mikroküreleri, bir Fourier dönüşümü kızılötesi spektrofotometre (Shimadzu IR Prestige21) kullanılarak analiz edildi.

Poli(DVB-VIM) ve m-poli(DVB-VIM) mikrokürelerin yüzey morfolojisi taramalı elektron mikroskobu (SEM) (SEM, CARL ZEISS EVO 40, UK) kullanılarak analiz edildi. Poli (DVB-VIM) ve m-poli (DVB-VIM) mikrokürelerin su emme oranı, damıtılmış su (deiyonize su) kullanılarak belirlendi. Distile su ilave edildi ve sabit sıcaklıkta (C) izotermal su banyosunda 2 saat bekletildi.

Manyetik malzemelerin manyetik özellikleri genellikle türlerine, manyetik malzemelerin özellikleri ise genellikle manyetik bileşenlerin içeriğine bağlıdır. Gözenekli m-poli mikrokürelerdeki (DVB-VIM) manyetik parçacıkların hacim fraksiyonu, kütle dengesinden türetilen aşağıdaki denklemden hesaplanabilir: 1) manyetik olmayan poli mikrokürelerin (DVB-VIM) ρA, ρC ve ρM'si, sırasıyla Fe3O4. Sentezlenen poli (DVB-VIM) ve m-poli (DVB-VIM) mikrokürelerin reaktif boya giderme özellikleri sulu çözeltide incelenmiştir.

Stok boya çözeltilerinden pH 2'den pH 12'ye kadar çeşitli konsantrasyonlarda (ppm) seyreltme yoluyla 20 mL hacimlerde numuneler hazırlandı.

BULGULAR VE TARTIŞMA

Polimer mikro küreler

Bu çalışma kapsamında hazırlanan m-poly(DVB-VIM) mikroküreleri çapraz bağlı hidrofilik yapıya sahiptir. Dolayısıyla yukarıda belirtilen yoğunluk verileriyle manyetik boncuklardaki m-poli (DVB-VIM) mikrokürelerin jel hacminin %89,4 olduğu tahmin edildi. Sonuçlar, m-poli (DVB-VIM) mikroküreler üzerindeki maksimum adsorpsiyonun pH 2'de sırasıyla 23,37 mg/g olduğunu ve pH 12'de 3,89 mg/g'ye düştüğünü gösteren Şekil 3.17'de gösterilmektedir.

Sonuçlar Şekil 3.19'da gösterilmektedir ve poli(DVB-VIM) mikroküreler üzerindeki maksimum adsorpsiyonun pH 2'de sırasıyla 4,74 mg/g olduğunu, pH 12'de ise 1,63 mg/g'ye düştüğünü göstermektedir. Poli (DVB-VIM) ve manyetik poli (DVB-VIM) mikroküreler sentezlendi ve karakterize edildi; Doğrusal regresyon analizinde pH'ın adsorban üzerindeki etkileri araştırıldı. poly(DVB-VIM) ve m-poly(DVB-VIM) mikroküreleri ile yapılan bu çalışmada pH değerleri 2,0-12,0 arasında değişmiştir.

Poly (DVB-VIM) ve m- poly (DVB-VIM) micro kürelerin RB5 and RO16 boyarmaddesinin adsorsiyonu; azalan pH ile artar. Use of cellulose-based wastes for adsorption of dyes from aqueous solutions, Journal of Hazardous Materials, Volume 92, Number 3, Pages 263–. Removal of Reactive Black 5 from aqueous solutions using magnetic chitosan resins, Journal of Hazardous Materials.

Removal of reactive blue 19 from wastewater by physicochemical and biological processes - A review, Journal of Chemical Society Pakistan.

Polimer mikro kürelerin karakterizasyonu

• Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ölçümleri
• FTIR
• Şişme testi
• Manyetik özelliklerin analizi

Polimer mikro kürelerin Boyarmadde Adsorpsiyonu

• Çözeltinin pH Değerinin Adsorpsiyona Etkisinin İncelenmesi

Deneylerden elde edilen sonuçlar Reaktif Siyah 5 ve Reaktif Turuncu 16 boyaları için sırasıyla Tablo 3.7 ve Tablo 3.8'de verilmiştir. Farklı konsantrasyon ve pH aralıklarında çalışan Reaktif Siyah 5 ve Reaktif Turuncu 16 boyalarının absorpsiyon ölçümleri sonucunda her iki boyanın da en iyi sonuçları pH 2'de verdiği belirlendi.

SONUÇ

Synthesis of shell-crosslinked micelles with tunable hydrophilic/hydrophobic cores, Journal of American Chemical Society. Evaluation of the performance of adsorption and coagulation processes for the maximum removal of reactive dyes;. Fast and efficient removal of Reactive Black 5 from aqueous solution by a combined method of ultrasound and sorption process, Ultr.

The use of an agricultural waste material, Jujuba seeds, for the removal of anionic dye (Congo red) from aqueous medium. Methods for Decolorization of Textile Wastewater, Journal of Dyes and Pigments, Volume 37, Issue 4, May Pages. Removal of reactive black 5 by zerovalent iron modified with various surfactants, Chemical Engineering Journal, vol.

Cellulose Cellets as a new type of adsorbent for the removal of dyes from aqueous media. Removal of Reactıve Black 5 (Rb5) from Aqueous Solutıonby Cross-Lınked Magnetıc Bıosorbent, International Journal of Advances in Science Engineering and Technology, ISSN Vol-5, Iss-3, Spl. The Biotechnology Approach to Color Removal from Textile Effluent, Journal of the Society of Dyers and Colorists.

Journal of Physical Chemistry and Functional Materials dergisinde Temperature effects on the adsorption with microbeads in reactive black 5 m-poly (EGDMA-VIM).