Synthesis and characterization of superabsorbent chitosan-starch hydrogel and its application for removal of direct red 80 dye

Abstract

ABSTRACT: In this study, an eco-friendly superabsorbent hydrogel was prepared by crosslinking chitosan and starch using glutaraldehyde as the crosslinking agent. The chitosan-starch hydrogel (CSH) as an adsorbent was then successfully used for the sorption of Direct Red 80 (DR80) dye from aqueous medium. The adsorbent was evaluated using batch adsorption process by performing a series of batch investigations to identify the maximum sorption kinetics, thermodynamics and isotherms of DR80 onto the adsorbent by assessing different operational conditions such as pH, sorbent dose, initial DR80 concentration, salts and temperature. The sorption process was studied using the pseudo-first order, the pseudo-second order kinetic equations alongside the Freundlich and Langmuir isotherm equations at different temperatures.The equilibrium data was observed to follow the Freundlich model and was observed that DR80 sorption process favored the pseudo-second order kinetics correlation coefficient (R2) value obtained. The negative and positive values of ΔG° and ΔH° demonstrated that the sorption process of DR80 onto the adsorbent was spontaneous and endothermic, respectively. FT-IR characterization was used to demonstrate presence of the various functional groups; -NH2, -CONH2, -CO and -OH on the adsorbent. From the data obtained from the experimental measurements, conclusion were drawn based on the eco-friendly, low cost and economical nature of the adsorbent material and thus may be a reliable material for treatment of contaminants from aqueous solutions. Key words: Superabsorbent, Chitosan-Starch Hydrogel, Direct Red 80, Eco-friendly 4.

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ÖZ: Bu çalışmada, glutaraldehit çaprazbağlayıcı kullanılarak çevre dostu süper absorbent hidrojel olan çaprazbağlı kitosan ve nişasta hazırlanmıştır. Kitosan-nişasta hidrojel (CSH), sulu ortamda Direct Red 80 (DR80) boyası için başarılı bir adsorbandır. Adsorbanın, maksimum adsorpsiyon kapasitesi, kinetik, termodinamik ve adsorpsiyon izoterimleri, batch adsorpsiyon prosesleri kullanılarak pH, sorbent miktarı, DR80 başlangıç konsantrasyonu, tuz ve sıcaklık değişimlerinden faydalanılarak belirlenmiştir. Bu adsorpsiyon prosesinde birinci ve ikinci dereceden kinetik eşitliklerinin yanında farklı sıcaklıkta Freundlich ve Langmuir izoterm eşitlikleri çalışılmıştır. Denge verileri Freundlich modelini takip etmekte ve DR80 tutma süreci yalancı 2. dereceden kinetik korelasyon katsayısı değeri (R2) ile uyumludur. ΔG° ve ΔH° değerlerinin sırasıyla negatif ve pozitif oluşu, adsorban üzerinde DR80’ın tutulma işleminin kendiliğinden ve endotermik olduğunu göstermektedir.FT-IR karakterizasyonu adsorbent üzerinde -NH2, -CONH2, -CO ve –OH gibi birçok fonksiyonel grubun varlığını göstermektedir. Deneysel ölçümlerden elde edilen veriler, adsorban materyalin çevre dostu, düşük maliyetli ve ekonomik niteliğe sahip oladuğunu ve böylece sulu çözeltilerden kirleticilerin temizlenmesi için güvenilir bir malzeme olabileceği sonucunu doğurmuştur. Anahtar Kelimeler: Süperabsorbent, kitosan-Nişasta, Direct Red 80, Çevre Dostu.