Atık sudan etkili ve sürdürülebilir metilen mavisi giderimi için palmiye çekirdeği küspesi kullanımı

Tarım artıklarını temiz su yardımcısına dönüştürmek

Renkli giysiler ve kumaşlar birlikte gizli bir maliyet getirir: parlak, kalıcı boyalar yıllarca nehirlerde ve göllerde kalabilir. Bu boyalardan biri olan metilen mavisi yaygın olarak kullanılır ve suya birikmesi halinde balıklar, ekosistemler ve hatta insan sağlığı için zararlı olabilir. Bu çalışma, bu kirliliğe karşı beklenmedik bir müttefiki inceliyor: palmiye yağı değirmenlerinden çıkan düşük değerli bir yan ürün olan palmiye çekirdeği küspesi ve bu bitkisel artık malzemenin metilen mavisini atık sudan ucuz ve güvenli bir şekilde çekip çekemeyeceğini araştırıyor.

Neden boyalı su giderek artan bir sorun

Tekstil fabrikaları kumaşları renklendirmek için büyük miktarda sentetik boya kullanır ve ardından genellikle sıcak, yoğun renkli atık suları yakın su yollarına boşaltır. Bu boyaların çok küçük miktarları bile gözle görülebilir ve birçoğu toksiktir veya kanserojen şüpheleri vardır. Özellikle metilen mavisi, insan veya hayvan maruziyeti durumunda solunumu, kan kimyasını ve deri ile doku sağlığını etkileyebilir. İleri oksidasyon gibi geleneksel arıtma yöntemleri veya ticari aktif karbon iyi çalışabilir, ancak genellikle pahalı, enerji yoğun ve yeniden kullanılmaları zor olduğundan, daha iyi su arıtımına en çok ihtiyaç duyan bölgelerde uygulanmaları sınırlıdır.

Göz ardı edilen bir atık malzeme için basit bir kullanım

Palmiye çekirdeği küspesi, özellikle Güneydoğu Asya’da tohumlardan palmiye yağı çıkarılırken büyük miktarlarda üretilir. Bunun çoğu düşük kaliteli hayvan yemi olarak kullanılır veya atılır. Bu çalışmada araştırmacılar, adsorban yani sudan molekülleri yakalayıp tutabilen katı bir malzeme olarak ham, değiştirilmemiş palmiye çekirdeği küspesini test ettiler. Malzemeyi öğüttüler, yıkadılar ve kuruttular, sonra ölçülü miktarlarını farklı boya konsantrasyonları, asidite seviyeleri ve sıcaklıklardaki metilen mavisi çözeltileriyle karıştırdılar. Herhangi bir kimyasal aktive etme olmadan, malzeme hafif alkalin pH 8’de yaklaşık 90–120 dakika içinde boyanın %81’ine kadarını giderdi; bu da ucuz bir tarımsal artıkın kirlenmiş suyu belirgin şekilde açabileceğini gösteriyor.

Boyanın bitki parçacıklarına nasıl yapıştığı

Parçacık yüzeylerinde neler olduğunu anlamak için ekip birkaç analiz yöntemini birleştirdi. Mikroskopi görüntüleri, palmiye çekirdeği küspesinin boya moleküllerinin yerleşebileceği çok sayıda iç girinti sunan kaba, gözenekli bir yapıya sahip olduğunu ve işlem sonrası bu dokunun boya ile kaplandığını gösterdi. Kızılötesi spektroskopi, suda negatif yük taşıyabilen karboksil ve hidroksil gibi bitki kökenli kimyasal grupları ortaya koydu. Metilen mavisi kalıcı pozitif bir yüke sahip olduğundan, bu negatif bölgelerle güçlü bir şekilde çekim yapar; böylece elektrostatik kuvvetler boya moleküllerini yüzeye çeker. Düz aromatik halkalara sahip boyadaki ve bitki materyalindeki düzlemsel yapılar arasında hidrojen bağları ve istiflenme (pi–pi etkileşimleri) gibi ek etkileşimler, boyanın gözeneklere doğru yayılırken yerinde tutulmasına yardımcı olur.

Kapsite, hız ve enerji ölçümleri

Araştırmacılar, malzemenin ne kadar boya tutabildiğini ve ne kadar hızlı çalıştığını yorumlamak için yaygın olarak kabul gören matematiksel modeller kullandılar. Langmuir izotermi olarak bilinen bir denklem verilerle en iyi uyumu gösterdi ve ideal koşullar altında palmiye çekirdeği küspesi başına yaklaşık 151,5 miligram metilen mavisi teorik üst sınırını öngördü, ancak test edilen çözeltilerde ölçülen kapasite daha düşük olup gram başına 4,8 miligram olarak belirlendi. Zaman tabanlı ölçümler, sözde ikinci dereceden kinetik modele uydu; bu durum, reaksiyon yerine boya moleküllerinin parçacıkların iç kısmına kademeli olarak difüze olduğunu gösteriyor. Aktivasyon enerjisi ve diğer termodinamik niceliklerin hesaplanması, sürecin kendiliğinden fakat ılımlı olduğunu ve kuvvetli kimyasal bağlardan ziyade fiziksel kuvvetlerin baskın olduğunu gösterdi; bu da malzemenin temizlenip yeniden kullanılmasını kolaylaştırır.

Pratik kullanım için yerleşik yeniden kullanılabilirlik

Herhangi bir filtre malzemesinin bir arıtma tesisinde gerçekten kullanışlı olabilmesi için birçok kullanım döngüsüne dayanması gerekir. Bu nedenle ekip, palmiye çekirdeği küspesini tekrar tekrar boyayla yükleyip ardından boyayı uzaklaştırmak için asit ve baz çözeltileriyle duruladı. Dört tam adsorpsiyon ve desorpsiyon döngüsünden sonra malzeme orijinal boya giderme yeteneğinin yaklaşık %96,5’ini korudu; bu da yapısının ve yüzey kimyasının büyük ölçüde sağlam kaldığını gösteriyor. Bu dayanıklılık, palmiye çekirdeği küspesinin düşük maliyeti ve bolluğu ile kimyasal ön işlem gerektirmemesi, mevcut bir tarımsal atık akışını tekstil atık suyunu temizlemek için yerel bir araca dönüştürmenin pratik bir yoluna işaret ediyor.

Daha temiz nehirler için bunun anlamı

Günlük terimlerle çalışma, palmiye yağı üretiminden çıkan ucuz bir yan ürünün sudaki belirli mavi boya molekülleri için tekrar kullanılabilir bir sünger görevi görebileceğini gösteriyor. Boya, bitki parçacıklarının gözeneklerine sızarken hafif elektriksel ve moleküler çekimler yoluyla yapışır; bu tutunma rengin çoğunu temizleyecek kadar güçlü ama malzemenin yıkanıp yeniden kullanılmasına izin verecek kadar zayıftır. Daha yüksek boya seviyelerinin, akışkan sistemlerin ve gerçek fabrika atıklarının test edilmesi için daha fazla çalışma gerekse de sonuçlar, bir zamanlar atık sayılan malzemelerin görünür ve zararlı boya kirliliğiyle daha sürdürülebilir ve uygun maliyetli bir şekilde mücadeleye yardımcı olabileceğini öne sürüyor.

Atıf: D.M., R.P., Haizul Akma, W.S., Krishnaiah, D. et al. Effective and sustainable methylene blue removal from wastewater using palm kernel cake. Sci Rep 16, 15264 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45652-5

Anahtar kelimeler: metilen mavisi, palmiye çekirdeği küspesi, tekstil atık suyu, adsorpsiyon, tarımsal atık