Bu çalışma, tekstil atıksularında bulunan kırmızı renkli Amaranth azo boyasının elektrokoagülasyon yöntemiyle giderilmesini araştırıyor. Araştırmacılar klasik alüminyum–alüminyum veya demir–demir elektrot çiftleri yerine, %99,5 saflıkta alüminyum anot ile karbon keçe katodu birlikte kullanarak karbon esaslı bir katodun elektrokoagülasyondaki uygulanabilirliğini laboratuvar ölçeğinde test etti.

Deneylerde 1 litrelik açık kesikli reaktöre 20 mg/L Amaranth içeren sentetik tekstil atıksuyu konuldu. Elektrotlar arasında 2 cm mesafe bırakıldı ve uygulanan potansiyel, karıştırma hızı, başlangıç pH'ı ve elektroliz süresinin giderim performansına etkisi araştırıldı. Ek bir destek elektroliti kullanılmadı.

Çalışmanın en yüksek giderim sonucu 6,4 V, başlangıç pH'ı 2 ve 1000 rpm koşullarında elde edildi. Bu koşullarda Amaranth konsantrasyonu 30 dakikalık elektrokoagülasyon sonunda ölçüm sınırı açısından sıfıra indirildi ve araştırmacılar bunu %100 giderim olarak raporladı. Aynı gerilim ve karıştırma hızında, 60 dakika sonunda başlangıç pH'ı yükseldikçe giderim performansı düştü: pH 2'de %100, pH 4'te %46, nötr koşulda %30 ve yaklaşık pH 10,5'te %20 giderim bildirildi.

Sonuçlar başlangıç pH'ının yalnız boya yükünü değil, alüminyum anodun çözünmesini ve hangi alüminyum hidroksit/hidroksi komplekslerinin oluşacağını da belirlediğini gösteriyor. Asidik ortamda elektrot çözünmesi artarak daha fazla koagülant türünün oluşmasını sağladı. Buna karşılık yüksek karıştırma hızı her zaman avantaj sağlamadı; 1500 rpm'deki aşırı türbülans flok oluşumunu bozduğu için 1000 rpm daha yüksek boya giderimi verdi.

Türkiye açısından yorum: Türkiye güçlü bir tekstil üretim altyapısına sahip olduğundan boya içeren endüstriyel atıksuların arıtımı çevresel mühendislik açısından doğrudan ilgili bir konudur. Bununla birlikte bu çalışmada gerçek bir tekstil fabrikasının karmaşık atıksuyu değil, yalnız Amaranth içeren sentetik bir çözeltinin laboratuvar ölçeğindeki davranışı incelenmiştir. Bu nedenle %100 giderim değerinin Türkiye'deki gerçek tekstil atıksularına doğrudan aktarılması bilimsel olarak doğru değildir. Tuzlar, başka boyalar, yüzey aktif maddeler, ağır metaller, organik yük, iletkenlik, gerçek debi ve çamur yönetimi gibi parametrelerin pilot ve saha ölçeğinde ayrıca doğrulanması gerekir.

Tekstil boyaları neden arıtılması zor kirleticiler?

Tekstil üretiminde kullanılan birçok sentetik boya kimyasal olarak kararlı, suda çözünür ve geleneksel biyolojik arıtma süreçlerine dirençli olabilir. Çalışmanın odaklandığı Amaranth, moleküler formülü C₂₀H₁₁N₂Na₃O₁₀S₃ olan kırmızımsı-kahverengi, asidik bir azo boyadır ve moleküler kütlesi 604,47 g/mol'dür.

Kaynakta Amaranth'ın Sri Lanka tekstil sektöründe kullanılan boyalardan biri olduğu belirtilmektedir. Çalışmanın problemi, bu tür kalıcı boyaların uygun biçimde uzaklaştırılmadan su ortamına verilmesinin çevresel ve biyolojik risk oluşturmasıdır.

Kimyasal koagülasyon, adsorpsiyon ve biyolojik arıtma gibi geleneksel yöntemlerin her birinin sınırlamaları vardır. Kimyasal koagülasyon dışarıdan kimyasal eklenmesini ve önemli miktarda çamur oluşumunu gerektirebilir. Adsorpsiyon adsorban kapasitesine bağlıdır. Biyolojik prosesler ise parçalanmaya dirençli boyalarda yavaş veya yetersiz kalabilir.

Elektrokoagülasyon nasıl çalışıyor?

Elektrokoagülasyon (EC), koagülant maddenin reaktöre dışarıdan dozlanması yerine elektrotun elektrik akımı altında çözünmesiyle reaktörün içinde oluşturulduğu elektro-kimyasal bir arıtma yöntemidir.

Çalışmada alüminyum anot elektriksel olarak çözünerek Al³⁺ iyonlarını oluşturur:

\[ \mathrm{Al \rightarrow Al^{3+} + 3e^-} \]

Katotta ise su indirgenerek hidrojen gazı ve hidroksit iyonları oluşabilir:

\[ n\mathrm{H_2O}+ne^- \rightarrow \frac{n}{2}\mathrm{H_2}+n\mathrm{OH^-} \]

Alüminyum iyonları su ve hidroksit iyonlarıyla etkileşerek Al(OH)₃ ve çeşitli hidroksi-alüminyum türlerini oluşturur. Bu türler negatif yüklü boya moleküllerinin yükünü nötralize edebilir, adsorpsiyon ve kompleksleşme yoluyla onları bağlayabilir ve daha büyük flokların oluşmasını sağlayabilir.

Kaynağın sayfa 2'deki elektrokoagülasyon şeması bu süreci anot çözünmesi, katottaki hidrojen oluşumu, yük nötralizasyonu, flok oluşumu, flotasyon ve çökelme adımlarıyla göstermektedir.

Neden karbon keçe kullanıldı?

Çalışmanın ayırt edici yönlerinden biri katot olarak karbon keçe kullanılmasıdır. Araştırmacılar elektro-kimyasal atıksu arıtma çalışmalarında karbon esaslı malzemelerin farklı amaçlarla kullanılmasına rağmen, tekstil boyasının elektrokoagülasyonla gideriminde karbon keçenin katot olarak kullanımına ilişkin çalışma bulamadıklarını belirtmektedir.

Kullanılan karbon keçe elektrotun boyutları 6,5 cm × 2,5 cm × 2,54 mm, alüminyum anodun boyutları ise 6,5 cm × 2,5 cm × 2 mm idi. Alüminyum plakanın saflığı %99,5 olarak verildi. Elektrotlara akım aktarımı için titanyum tel kullanıldı.

Sayfa 3'teki Şekil 3, deneyde kullanılan siyah karbon keçe katodu ve metalik alüminyum anodu yan yana göstermektedir. Aynı sayfadaki Şekil 4 ise gerçek reaktör düzeneği ile potansiyostat, reaktör, elektrotlar, referans elektrot, manyetik karıştırıcı ve bilgisayar bağlantısının şematik düzenini sunmaktadır.

Deney reaktörü nasıl kuruldu?

Deneyler 1 L hacimli cam beherde açık kesikli reaktör düzeninde gerçekleştirildi. Karbon keçe ve alüminyum elektrotlar dikey, birbirine paralel ve 2 cm aralıkla yerleştirildi. Alüminyum anot çalışma elektrodu, karbon keçe karşı elektrot olarak kullanıldı. Ayrıca Ag/AgCl referans elektrot yer aldı.

Elektriksel kontrol için Gamry Instrument Interface 1010E Potentiostat/Galvanostat/ZRA kullanıldı. Reaktör manyetik karıştırıcı üzerine yerleştirildi ve deneylerin ana bölümünde karıştırma hızı 1000 rpm olarak uygulandı.

Elektrotlar deney öncesinde etanolle temizlendi ve saf suyla durulandı. Karbon keçe ayrıca serbest lifleri, tozu ve tutunmuş etanolü uzaklaştırmak amacıyla 24 saat saf suda bekletildi.

Sentetik tekstil atıksuyu nasıl hazırlandı?

Amaranth boyasından önce 2 g/L stok çözelti hazırlandı. UV-Vis kalibrasyonu için 1–20 mg/L arasında farklı standart çözeltiler oluşturuldu ve elektrokoagülasyon deneyleri için 20 mg/L çalışma konsantrasyonu seçildi.

Başlangıç pH'ını ayarlamak için HCl veya NaOH kullanıldı. Araştırmanın önemli özelliklerinden biri, elektrokoagülasyon sırasında ayrıca NaCl, KCl veya başka bir destek elektroliti eklenmemesidir.

Boya konsantrasyonu nasıl ölçüldü?

Numuneler 60 dakikalık elektrokoagülasyon boyunca 15 dakikalık aralıklarla alındı. Analiz öncesinde 1,5 saat çökelmeye bırakıldı, ardından 0,45 µm şırınga filtresinden geçirildi ve Amaranth'ın maksimum absorbans dalga boyu olan 522 nm'de UV-Vis absorbansı ölçüldü.

Her numune üç tekrarlı analiz edildi. Sayfa 4'teki kalibrasyon grafiğinde doğrusal regresyon:

\[ y=0{,}1622x+0{,}1874 \]

şeklinde verilmiş ve doğrusal model için:

\[ R^2=0{,}9833 \]

raporlanmıştır.

Araştırmacılar ikinci dereceden polinom modelinde R²=0,9976 ve güç modelinde R²=0,9954 ile daha yüksek uyum görülmesine rağmen, Beer–Lambert yasasına teorik uyumu nedeniyle konsantrasyon hesaplamalarında doğrusal modeli kullanmıştır.

Giderim verimi nasıl hesaplandı?

Boya giderim verimi şu eşitlikle hesaplanmıştır:

\[ \eta(\%)=\frac{C_0-C_t}{C_0}\times100 \]

Burada \(C_0\) başlangıç boya konsantrasyonunu, \(C_t\) ise belirli bir işlem süresi sonundaki boya konsantrasyonunu ifade etmektedir.

Gerilim yükseldikçe ne oldu?

Potansiyelin etkisini belirlemek için 2,0 V, 4,2 V ve 6,4 V koşulları karşılaştırıldı. Bu deneylerde başlangıç pH'ı yaklaşık 7, elektrot mesafesi 2 cm ve karıştırma hızı 1000 rpm idi.

Daha yüksek potansiyel, alüminyum anodun daha hızlı çözünmesini sağlayarak daha fazla koagülant türünün oluşmasına yol açtı. Sayfa 5'teki Şekil 7(d), hem deneysel hem Faraday yasasından hesaplanan anot kütle kaybının gerilimle arttığını göstermektedir.

Bununla birlikte nötr pH'da 6,4 V uygulanmasına rağmen 60 dakikalık giderim yalnız %30'da kaldı. Araştırmacılar bu düşük performansı özellikle destek elektroliti eklenmemesine ve başlangıç iletkenliğinin yalnız yaklaşık 20–35 µS/cm olmasına bağlamaktadır.

Daha hızlı karıştırmak neden daha iyi olmadı?

Karıştırma deneylerinde 1000 ve 1500 rpm karşılaştırıldı. İlk bakışta daha yüksek karıştırmanın elektrot ve kirletici arasındaki kütle transferini artırması beklenebilir. Ancak bu çalışmada sonuç ters yönde gerçekleşti.

Sayfa 7'deki Şekil 9, 1500 rpm'de elektrot çözünmesinin ve bulanıklığın daha düşük olduğunu, boya gideriminin de gerilediğini göstermektedir. Araştırmacılar bunu yüksek dönme hızındaki aşırı türbülansın flok oluşumunu ve kararlılığını bozmasına bağlamıştır.

En belirleyici değişken neden başlangıç pH'ı oldu?

Araştırmanın en belirgin sonucu başlangıç pH'ı deneylerinde ortaya çıktı. Alüminyumun çözünmesi ve hangi hidroksi-alüminyum türlerinin baskın olacağı pH'a güçlü biçimde bağlıdır.

Asidik ortamda alüminyum anot daha fazla çözüldü. Sayfa 9'daki Şekil 11(d), pH 2'de anot kütle kaybının diğer pH koşullarından çok daha yüksek olduğunu göstermektedir. Deneysel kütle kaybının Faraday yasasıyla hesaplanan değeri aşması, araştırmacılar tarafından asidik ortamda gerçekleşen Faraday dışı korozyonla ilişkilendirilmiştir.

pH 2'de pozitif yüklü monomerik ve hidroksi-polimerik alüminyum türlerinin oluşumu negatif yüklü boya moleküllerinin yük nötralizasyonunu ve çökelmesini destekledi. Bu nedenle 20 mg/L başlangıç konsantrasyonundaki boya yaklaşık 30 dakikada tamamen giderildi.

pH işlem sırasında neden değişti?

Başlangıç pH'ı 2 olduğunda çözeltinin pH'ı zamanla yükselerek 60 dakika sonunda yaklaşık 4'e ulaştı. Bunun temel nedenlerinden biri katottaki reaksiyonlarda OH⁻ oluşması ve ortam H⁺ iyonlarının tüketilmesidir.

Başlangıç pH'ı yaklaşık 10,5 olduğunda ise pH zaman içinde yaklaşık 9,5 seviyesine düştü. Alkali ortamda:

\[ \mathrm{Al(OH)_3 + OH^- \rightleftharpoons Al(OH)_4^-} \]

denge reaksiyonu üzerinden hidroksit tüketimi pH düşüşüne katkıda bulunabilir.

Bu sonuçlar sistemin başlangıçtaki aşırı asidik veya alkali koşullardan nötr bölgeye doğru hareket etme eğilimi olduğunu göstermektedir. Ancak özellikle pH 2 deneyinde bir saat sonunda ölçülen yaklaşık pH 4 değeri nötr değildir. Dolayısıyla çalışmanın sonuç bölümünde yer alan “ek pH nötralizasyonu olmadan güvenli deşarj” değerlendirmesi, yalnız burada raporlanan pH verilerine dayanarak genel bir deşarj garantisi şeklinde yorumlanmamalıdır.

Kontrol deneyi neyi gösterdi?

Araştırmacılar en yüksek performansın elde edildiği asidik ortamda karbon keçenin kendi başına boya adsorplayıp adsorplamadığını veya yalnız düşük pH'ın renk kaybına yol açıp açmadığını kontrol etmek için elektrik uygulanmadan ayrı bir deney gerçekleştirdi.

Elektrik uygulanmadığında giderimin %0 olması, çalışmadaki yüksek giderimin yalnız asidik pH, mekanik karıştırma veya karbon keçenin pasif adsorpsiyonundan kaynaklanmadığını; elektriksel elektrokoagülasyon reaksiyonunun gerekli olduğunu desteklemektedir.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• Alüminyum anot ve karbon keçe katot kombinasyonu, laboratuvar ölçeğinde Amaranth azo boya gideriminde çalışmıştır.
• 20 mg/L sentetik Amaranth çözeltisi pH 2, 6,4 V ve 1000 rpm koşullarında yaklaşık 30 dakikada %100 giderim göstermiştir.
• Uygulanan potansiyelin 2 V'tan 6,4 V'a çıkarılması, nötr pH'daki giderimi artırmıştır.
• Başlangıç pH'ı, incelenen parametreler arasında performansı en güçlü biçimde değiştiren değişken olmuştur.
• 1000 rpm, bu deney düzeneğinde 1500 rpm'den daha yüksek giderim sağlamıştır.
• Elektrik uygulanmayan kontrol deneyinde boya giderimi gözlenmemiştir.
• Ek destek elektroliti kullanılmadan sistem çalıştırılabilmiştir.

Çalışmanın göstermediği sonuçlar

• Gerçek tekstil fabrikası atıksuyunda %100 giderim gösterilmemiştir.
• Birden fazla boya, tuz, yüzey aktif madde, ağır metal ve yüksek organik yükün birlikte bulunduğu matriste performans test edilmemiştir.
• Kesintisiz akışlı veya endüstriyel ölçekli reaktör denenmemiştir.
• Enerji tüketimi ayrıntılı olarak hesaplanmamıştır.
• Oluşan elektrokoagülasyon çamurunun miktarı ve kimyasal bileşimi ayrıntılı incelenmemiştir.
• Karbon keçenin uzun süreli dayanımı, yeniden kullanım ömrü veya ekonomik ömrü belirlenmemiştir.
• pH 2 koşulundaki sonuç gerçek atıksular için doğrudan optimum işletme değeri olarak genellenemez.
• Çalışmadaki pH verileri, pH 2'den başlayan çözeltinin 60 dakika içinde nötr pH'a ulaştığını göstermemektedir.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Deney tasarımının özeti

Faraday yasasıyla anot çözünmesi

Alüminyum anodun teorik kütle kaybı Faraday yasasıyla hesaplandı:

\[ m=\frac{Ita}{nF} \]

Burada \(m\) çözünen elektrot kütlesini, \(I\) elektrik akımını, \(t\) süreyi, \(a\) elektrot malzemesinin atomik kütlesini, \(n\) elektron sayısını ve \(F\) 96 485 C/mol Faraday sabitini temsil etmektedir.

Deneysel elektrot kütle kaybı ise işlem öncesi ve sonrası alüminyum plaka kütlelerinin farkından hesaplandı. Gerilim arttıkça hem teorik hem deneysel kütle kaybı arttı. pH 2'de ise deneysel kütle kaybı Faraday hesabının üzerinde gerçekleşti ve kaynak bunu asidik ortamdaki ek kimyasal korozyonla açıklamaktadır.

Başlıca nicel sonuçlar

Elektroliz süresinin önemi

Çalışma yalnız yüksek giderim oranının değil, işlemin ne zaman durdurulacağının da önemli olduğunu göstermektedir. pH 4 deneyinde giderim yaklaşık 30 dakikada zirveye çıktıktan sonra azaldı. Araştırmacılar uzun süreli karıştırma sırasında oluşan flokların yeniden çözünmesi veya parçalanmasının bu gerilemeye katkıda bulunabileceğini belirtmektedir.

pH 2'de ise %100'e yakın giderim yaklaşık 30 dakikada oluşmuş ve daha uzun işlem süresi belirgin ek avantaj sağlamamıştır. Bu nedenle enerji ve flok kararlılığı açısından yalnız gerilim ve pH değil, optimum elektroliz süresinin de belirlenmesi gerekir.

Çalışmanın başlıca sınırlılıkları

Araştırmacılar deneyin laboratuvar ölçeğinde ve yalnız tek boya içeren sentetik atıksuda yürütüldüğünü açıkça belirtmektedir. Gerçek tekstil atıksuları birden fazla boya, tuz, kimyasal katkı, ağır metal ve organik bileşen içerdiğinden burada elde edilen optimum koşullar gerçek tesis performansını doğrudan temsil etmez.

Ayrıca reaktör kesikli ve açık sistemdir; sürekli akış koşulları araştırılmamıştır. Gerçek endüstriyel sistemlerde enerji tüketimi ve çamur üretimi farklı olabilir. Çalışmada ayrıntılı enerji analizi ve oluşan çamurun karakterizasyonu yapılmamıştır. Yazarlar bunları gerçek endüstriyel atıksuyla yapılacak gelecekteki araştırmaların konusu olarak tanımlamaktadır.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün çalışma adı: Electrocoagulation in textile wastewater treatment: Amaranth azo dye removal

Yazarlar, özgün sıralamayla: Subhane Sinna Lebbe; Nihmiya Abdul Rahim; Nabin Aryal; Udara S.P.R. Arachchige; Pabasari A. Koliyabandara.

Eş katkı/eş birinci yazar: Kaynakta eş birinci yazar beyanı bulunmamaktadır.

Sorumlu yazarlar: Nihmiya Abdul Rahim ve Udara S.P.R. Arachchige.

Kurumlar: Department of Process, Energy and Environmental Technology, Faculty of Technology, Natural Sciences and Maritime Sciences, University of South-Eastern Norway, Campus Porsgrunn, Norway; Department of Civil and Environmental Technology, Faculty of Technology, University of Sri Jayewardenepura, Pitipana, Homagama, Sri Lanka; Department of Mechatronic and Industrial Engineering, Faculty of Engineering, NSBM Green University, Pitipana, Homagama, Sri Lanka.

Kaynak türü: Laboratuvar ölçekli deneysel özgün araştırma.

Dergi: Sustainable Chemistry for the Environment.

Cilt / makale numarası: Cilt 14, 100323.

DOI: 10.1016/j.scenv.2026.100323

Gönderim tarihi: 2 Aralık 2025.

Revize sürüm tarihi: 2 Şubat 2026.

Kabul tarihi: 6 Mart 2026.

Çevrimiçi yayın tarihi: 12 Mart 2026.

Hakemlik durumu: Hakemli bilimsel dergide yayımlanmış özgün araştırmadır.

Yayıncı: Elsevier B.V.

Resmî yayın bağlantısı:ScienceDirect – resmî makale sayfası

DOI bağlantısı:https://doi.org/10.1016/j.scenv.2026.100323

Açık erişim ve lisans: Makale Creative Commons Attribution (CC BY) lisansı altında açık erişim yayımlanmıştır.

Finansman: Çalışmanın finansal desteği Norwegian Partnership Programme for Global Academic Cooperation (NORPART), NORPART-2021/10175 projesi kapsamında sağlanmıştır.

Çıkar çatışması: Nihmiya Abdul Rahim, Norwegian Directorate for Higher Education and Skills tarafından finansal destek sağlandığını bildirmiştir. Diğer yazarlar çalışmalarını etkileyebilecek bilinen finansal çıkar veya kişisel ilişki olmadığını beyan etmektedir.

Veri erişilebilirliği: Kaynağın “Data availability” bölümünde “No data was used for the research described in the article” ifadesi bulunmaktadır. Bununla birlikte makalenin ana gövdesi deneysel ölçümler, kalibrasyon verileri, üçlü analiz tekrarları ve deney sonuçları raporlamaktadır. Bu ifade kaynağın kendi veri erişilebilirliği beyanı olarak aktarılmalı, çalışma tasarımının veri içermediği şeklinde yorumlanmamalıdır.

Yazar katkıları

Subhane Sinna Lebbe: Özgün taslak yazımı, yöntem, biçimsel analiz ve kavramsallaştırma.

Nihmiya Abdul Rahim: Gözden geçirme ve düzenleme, danışmanlık, finansman sağlama ve kavramsallaştırma.

Nabin Aryal: Gözden geçirme ve düzenleme, finansman sağlama ve kavramsallaştırma.

Udara S.P.R. Arachchige: Gözden geçirme ve düzenleme ve finansman sağlama.

Pabasari A. Koliyabandara: Finansman sağlama.

Kaynak içi tutarsızlıklar ve yorum sınırları

Başlangıç alkalin pH koşulu yöntem ve sonuç metninde 10,5 olarak verilirken Şekil 11'in açıklamasında pH 11 olarak gösterilmiştir. Verianla Live tablosunda sonuç bölümündeki 10,5 değeri kullanılmış ve şekil etiketindeki farklılık ayrıca belirtilmiştir.

Kaynak sonuç bölümünde sistemin pH'ı nötr koşullara yönelttiğini ve bunun arıtılmış suyun ek pH nötralizasyonu olmadan güvenli deşarjına olanak sağlayabileceğini ifade etmektedir. Bununla birlikte pH 2 deneyinin zaman grafiği 60 dakika sonunda yaklaşık pH 4 göstermektedir. Bu nedenle kaynağın kendi ölçümleri, söz konusu asidik deneyde bir saat içinde nötr pH'a ulaşıldığını göstermemektedir.

Kontrol deneyinde elektrik uygulanmadığında %0 boya giderimi elde edilmesi karbon keçenin tek başına veya asidik ortamın kendi başına gözlenen %100 giderimi açıklamadığını desteklemektedir. Ancak bu kontrol, gerçek tekstil atıksuyundaki diğer kimyasal etkileşimleri temsil etmemektedir.

En yüksek performans sonucu sentetik 20 mg/L tek boya çözeltisinde elde edilmiştir. Sonucun gerçek tekstil endüstrisi atıksularına, farklı boya konsantrasyonlarına, farklı iletkenliklere veya endüstriyel debilere doğrudan genellenmemesi gerekir.

Bu Verianla içeriğindeki mekanizmalar, deney koşulları ve sayısal sonuçlar yalnız incelenen çalışmaya dayanmaktadır. Dış doğrulama yalnız bibliyografik kimlik, resmî yayın sayfası ve derginin hakemlik/açık erişim durumunun kontrolü için kullanılmıştır.