Bıttım ve Menengiç Bitkilerinden Elde Edilen Aktif Karbon ile Sulu Çözeltilerden Karbofuran Giderimi

Abstract

Pestisitler, gıda üretim ve verimini artırmak için tarım alanında yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak yaygın kullanımı büyük çevresel kirlenmelere sebep olmaktadır. Tarım alanında pestisitlerin uzun zaman ve sürekli uygulanması, zararlı böcek, bakteri ve haşerelerin bu ilaçlara karşı dirençlerinin artmasına neden olmakta, bundan dolayı bir önceki yıla göre daha fazla miktarda pestisit kullanımı gerçekleşmektedir. Karbofuran kimyasal özellikleri kapsamında sistematik etkili intektisit, akarisit ve nematositler arasında bulunan en toksik karbamatlı birleşiktir. Son zamanlarda özellikle biyoteknoloji alanında ideal malzemelerin geliştirilmesinin gerekliliğinden dolayı Mardin ilinde yetişen Bıttım ve Siirt ilinde yetişen Menengiç bitkilerinden Potasyum hidroksit aktivasyonu ile aktif karbon üretilmiştir. Bu çalışmada, sulu çözeltiden karbofuranın uzaklaştırılması için adsorbent olarak aktif karbon batch adsorpsiyon yöntemiyle incelenmiştir. Optimum adsorpsiyon koşullarını bulmak için pH, adsorbent dozu, temas süresi, konsantrasyon etkisi araştırıldı. Langmuir, Freundlich ve Dubinin–Radushkevich (D–R) ve Temkin adsorpsiyon izoterm denklemleri uygulandı. Her iki adsorbent için Langmuir adsorpsiyon izotermine uyduğu bulunmuştur. Adsorpsiyonun tek tabakalı ve homojen olduğunu göstermektedir. Langmuir adsorpsiyon izoterm çalışmalarında Menengiç Aktif Karbonu için qmax 344.9 mg/g ve Bıttım aktif karbonu için qmax 380.4 mg/g adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğu hesaplanmıştır. Dubinin-Radushkevich (D-R) modelinde E değeri < 8 kJ/mol olduğu hesaplanmıştır, bu da adsorpsiyon prosesinin fiziksel olarak gerçekleştiğini göstermektedir. Entalpi (ΔH0), Gibbs'in serbest enerjisi (ΔG0) ve entropi (ΔS0) gibi termodinamik parametreler hesaplandı. ΔG0 değerlerinin negatif çıkması hem Bıttım aktif karbonu hem de Menengiç aktif karbonu üzerindeki karbofuran adsorpsiyonun kendiliğinden gerçekleştiği göstermektedir. Her iki adsorbentin ΔH0 değerlerinin negatif olması prosesin ekzotermik olduğunu göstermektedir. Negatif ∆S0 değeri, karbofuran moleküllerinin, adsorbent yüzeyindeki adsorpsiyon sırasında katı/çözelti arayüzünde düzensizliğin azaldığı veya artan düzenlilik sergilediğini ve adsorpsiyon prosesinin, adsorban yüzeyindeki yeniden düzenlemeyi desteklediğini gösterir. Bıttım ve Menengiç bitkilerinden elde edilen aktif karbon ile sulu çözeltilerden karbofuran adsorpsiyon prosesinin ekzotermik olduğu, tek tabakada ve üniform olarak fiziksel mekanizma ile kendiliğinden gerçekleştiğini göstermiştir.Pesticides are commonly used in agriculture to enhance food production and yield, but their widespread use leads to significant environmental pollution. Prolonged and continuous application of pesticides in agriculture results in increased resistance of harmful insects, bacteria, and pests to these chemicals, leading to higher pesticide usage compared to the previous year. Carbofuran, classified as a highly toxic carbamate compound, falls within the systemic effective insecticide, acaricide, and nematicide categories based on its chemical properties. Recently, active carbon has been produced from Bıttım plants in the Mardin region and Menengiç plants in the Siirt region through potassium hydroxide activation, especially due to the necessity of developing ideal materials in the field of biotechnology. In this study, active carbon was investigated as an adsorbent for the removal of carbofuran from aqueous solutions using the batch adsorption method. pH, adsorbent dosage, contact time, and concentration effects were explored to determine the optimum adsorption conditions. Langmuir, Freundlich, Dubinin–Radushkevich (D–R), and Temkin adsorption isotherm equations were applied. Both adsorbents were found to conform to the Langmuir adsorption isotherm, indicating single-layer and homogeneous adsorption. For Langmuir adsorption isotherm studies, Menengiç Active Carbon was calculated to have a qmax of 344.9 mg/g, and Bıttım active carbon had a qmax of 380.4 mg/g adsorption capacity. The E value in the Dubinin-Radushkevich (D-R) model was calculated to be < 8 kJ/mol, indicating that the adsorption process occurs physically. Thermodynamic parameters such as enthalpy (ΔH0), Gibbs free energy (ΔG0), and entropy (ΔS0) were calculated. The negative values of ΔG0 indicate that the adsorption of carbofuran on both Bıttım and Menengiç active carbon occurs spontaneously. The negative ΔH0 values for both adsorbents indicate that the process is exothermic. The negative ∆S0 value suggests that during the adsorption of carbofuran molecules on the adsorbent surface, there is a decrease in irregularity or an increase in regularity at the solid/liquid interface, supporting the reorganization on the adsorbent surface during the adsorption process. The obtained active carbon from Bıttım and Menengiç plants demonstrated that the adsorption process of carbofuran from aqueous solutions is exothermic and, occurs spontaneously through a single layer and uniform physical mechanism.