TiO2 yüklü f-MWCNTs nanokompozitin su çözeltisinden malakit yeşilinin adsorpsiyon kinetiği ve izotermleri

Renklendirilmiş Atık Suyun Temizlenmesi Neden Önemlidir

Canlı sentetik boyalar bize renkli giysiler, deri ve kağıt sağlar; ancak bu kimyasallar fabrika giderlerine karıştıklarında nehir ve göllerde yıllarca kalabilirler. Malakit yeşili adı verilen bu boyalardan biri özellikle endişe vericidir çünkü toksik, kalıcıdır ve kansere bağlı olabileceği düşünülür. Bu çalışma, malakit yeşilini sudan çok hızlı ve etkili bir şekilde çekebilen yeni bir tür mikroskobik temizleyici — bir nanokompozit — inceliyor ve kirli endüstriyel atık suyu arıtmak için daha hızlı ve daha uygulanabilir yaklaşımlara işaret ediyor.

Zorlu Bir Boya ve Yeni Bir Mikroskobik Temizleyici

Malakit yeşili tekstil ve deri işlemede yaygın olarak kullanılır ve tartışmalı şekilde balık çiftliklerinde antimikrobiyal ajan olarak uygulanmıştır. Çevreye salındığında kolayca parçalanmaz ve geleneksel arıtma yöntemleri onu tamamen uzaklaştırmakta sıkça zorlanır. Araştırmacılar, bu boyayı yakalamak için daha iyi bir “sünger” tasarlamayı amaçladılar ve iki gelişmiş malzemeyi birleştirdiler: titanyum dioksit nanoparçacıkları ve yüzeyleri oksijen içeren gruplarla kimyasal olarak “işlevlendirilmiş” çok duvarlı karbon nanotüpler. Titanyum dioksiti bu fonksiyonel nanotüplere yükleyerek, hem geniş yüzey alanı hem de boya moleküllerinin tutunabileceği çok sayıda aktif nokta sunması amaçlanan hibrit bir malzeme oluşturdular.

Hibrit Nanotüp Malzemesinin İnşası ve İncelenmesi

Ekip, nanokompoziti hidrotermal bir işlem kullanarak sentezledi; burada titanyum dioksit tozu sıcak alkali bir çözeltiyle işlendikten sonra su içinde uzun süreli karıştırma ile karbon nanotüplere bağlandı. Ortaya çıkan tozu bir dizi mikroskop ve spektroskopik araçla dikkatle incelediler. Bu testler, titanyum dioksitin kristal yapısını koruduğunu ve ayrı kümeler oluşturmak yerine nanotüp ağı üzerine eşit şekilde yayıldığını doğruladı. Gaz adsorpsiyon ölçümleri, düz titanyum dioksitten iki kattan fazla yüzey alanına sahip, sünger benzeri yüksek gözenekliliğe sahip bir mimari ortaya koydu; bu da arıtma sırasında boya moleküllerinin yakalanması için çok daha fazla alan anlamına geliyor.

Sudan Hızlı ve Etkili Boya Giderimi

Yeni malzemenin suyu ne kadar iyi temizlediğini görmek için araştırmacılar, nanokompozitin küçük miktarlarının farklı koşullarda malakit yeşili çözeltileriyle sallandığı toplu deneyler yaptılar. Performansın suyun asiditesine (pH) güçlü şekilde bağlı olduğunu buldular: asidik koşullarda giderim sınırlı kalırken, malzeme yüzeyinin negatif yüke sahip olduğu ve pozitif yüklü boyayı çeken hafif bazik pH 8 civarında yüzde 95’in üzerine çıktı. Dikkate değer biçimde, bu optimal koşullarda — pH 8, 10 mililitre çözelti içinde sadece 0,005 gram adsorbent ve oda sıcaklığı — sistem yaklaşık 10 dakikada dengeye ulaştı ve malzeme başına yaklaşık 39 miligram boya adsorpsiyon kapasitesi sağladı. Bu, birçok geleneksel adsorbent ile karşılaştırılabilir veya daha iyisi olmakla birlikte çok daha hızlı bir temizlik sunuyor.

Boyanın Nanotüp Yüzeyine Nasıl Tutunduğu

Deneysel verileri moleküllerin yüzeylere nasıl bağlandığını tanımlayan standart matematiksel modellere uydurarak, yazarlar malakit yeşilinin çoğunlukla tek katman halinde nispeten tekdüze bir yüzey üzerinde oluştuğu sonucuna vardılar; bu, sözde Langmuir tanımıyla yakalanıyor. Aynı zamanda, değişken bağlanma kuvvetlerini ve çoklu katmanları hesaba katan diğer modeller de verilerle iyi eşleşti; bu da fiziksel ve kimyasal yapışmanın bir karışımına işaret ediyor. Zaman‑temelli en iyi uyumlu model, bağlanmanın yalnızca moleküllerin yüzeye çarpması meselesi olmadığını, ters yükler arasındaki elektrostatik çekim ve yüzey gruplarıyla özgül temas gibi daha güçlü etkileşimleri içerdiğini gösterdi. Boya emiliminden önce ve sonra yapılan mikroskopi ve kızılötesi ölçümler de, boya moleküllerinin altındaki kristal iskeleti bozmadan dış yüzeylerde ve gözenek içinde kümelendiği görüntüsünü destekledi.

Yeniden Kullanım ve Daha Temiz Bir Sanayi İçin Umut

Herhangi bir su arıtma teknolojisinin pratik olabilmesi için temizleme ortamının yeniden kullanılabilir olması gerekir. Araştırmacılar, nanokompozitin basit bir sodyum hidroksit çözeltisi ile yıkanarak rejenerasyonunun mümkün olduğunu ve performansta neredeyse hiçbir kayıp olmadan en az beş kez yeniden kullanılabildiğini gösterdiler. Genel olarak çalışma, titanyum dioksit ile fonksiyonel karbon nanotüplerin dikkatle tasarlanmış bir kombinasyonunun hızlı, dayanıklı ve geri dönüştürülebilir bir boya süngeri olarak işlev görebileceğini gösteriyor. Bu testler gerçek fabrika atık sularından çok kantitatif laboratuvar çözeltilerinde yapılmış olsa da, sonuçlar malakit yeşili gibi zararlı renklendiricileri çevreye ulaşmadan önce hızla sudan uzaklaştırabilecek kompakt arıtma ünitelerine yönelik umut verici bir yol öneriyor.

Atıf: Jomardani, F., shakeri, R., Akbarzadeh, R. et al. Adsorption kinetics and isotherms of malachite green removal from aqueous solution using TiO₂ loaded on f-MWCNTs nanocomposite. Sci Rep 16, 8567 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38582-9

Anahtar kelimeler: atık su arıtımı, malakit yeşili, nanokompozit adsorbent, titanyum dioksit, karbon nanotüpler