Ayçiçeği kabuğundan aktif karbon üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of activated carbon from sunflower shell
Yazar: HÜRREM HATİCE CİN
Danışman: PROF. DR. İLKNUR DEMİRAL ; DR. ÖĞR. ÜYESİ CANAN ŞAMDAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Aktif karbonlar yüzey özellikleri ve gözenek yapıları nedeniyle yüksek adsorplama gücüne sahip çok yönlü adsorbanlardır. Laboratuvar ölçeğinde birçok hammadde ile üretim yapılabilmektedir. Yaygın olarak kullanılan aktif karbon hammaddeleri linyit, odun, kömür ve hindistan cevizi kabuğudur. Yüzey alanının yüksek oluşu, gözenekli yapıda olması ve düşük maliyetle üretilebilmesi endüstride adsorbent olarak kullanımını yaygınlaştırmıştır. Adsorpsiyonda yaygın olarak kullanılan maddelerden biri de bu sebeple aktif karbondur. Endüstride karşılaşılan sorunlardan biri ağır metallerin sudaki kirlilikleridir. Son derecede toksik olan bu maddeleri sudan uzaklaştırmak tüm canlılar için büyük önem taşımaktadır. Bu sebeple bu çalışmanın amacı biyokütleden aktif karbon üretimi ve toksik maddelerden biri olan Cr (VI) 'nın giderimini sağlamaktır.
 
Bu çalışmada ayçiçeği kabuğundan kimyasal aktivasyonla ZnCI2 kimyasal ajanı kullanılarak aktif karbon üretimi yapılmıştır. Aktif karbon 1:1, 2:1, 3:1 ve 4:1 emdirme oranlarında ve 400, 500 ve 600°C karbonizasyon sıcaklıklarında üretilmiştir. Üretilen aktif karbonların yapısal özellikleri ve fonksiyonel grupları BET, FTIR, SEM, elementel, Boehm ve pHZPC analizleri ile belirlenmiştir. BET analizi sonuçları incelendiğinde en yüksek yüzey alanı (1501 m2/g) ve gözenek hacmine sahip aktif karbonun 4:1 emdirme oranında ve 500°C sıcaklıkta üretildiği görülmüştür. Çalışmanın devamında üretilen aktif karbon sulu çözeltilerden Cr (VI) giderimi için kullanılmıştır. Adsorpsiyona etki eden faktörler olan pH, sıcaklık, temas süresi, adsorban miktarı gibi parametreler incelenmiştir. Langmuir ve Freunlich izotermlerine göre adsorpsiyon dengesi analiz edilmiştir ve Freundlich izotermine daha çok uyduğu görülmüştür. Kinetik modele göre ise sözde ikinci dereceden kinetiğe uyduğu görülmüştür. Son olarak Adsorpsiyon termodinamiği (G°, H°, S°) hesaplanmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir.

Abstract:
Activated carbons are versatile adsorbents with high adsorbing power due to their surface properties and pore structures. Production can be made with many raw materials at laboratory scale. Commonly used activated carbon raw materials are lignite, wood, coal and coconut shell. Its high surface area, porous structure and low cost production have made it widely used as an adsorbent in the industry. For this reason, activated carbon is one of the commonly used materials in adsorption. One of the problems encountered in the industry is the pollution of heavy metals in water. It is of great importance for all living things to remove these highly toxic substances from water. For this reason, the aim of this study is to produce activated carbon from biomass and to remove Cr (VI), which is one of the toxic substances.

In this study, activated carbon was produced from sunflower shell by chemical activation using ZnCl2 chemical agent. Activated carbon was produced in 1:1,2:1,3:1 and 4:1 impregnation ratios and temperatures of 400,500 and 600°C. The structural properties and functional groups of the produced activated carbons were determined by BET, FTIR, SEM, elemental, Boehm, pHZPC analyses. When the results in the BET analysis were examined, it was seen that the highest surface area (1501 m2/g) and pore volume were produced at 500°C at a 4:1 impregnation ratio. Activated carbon produced in the continuation of the study was used for Cr (VI) removal from aqueous solutions. Parameters such as pH, temperature, contact time, amount of adsorbent, which are the factors affecting adsorption, were investigated. According to the Langmuir and Freunlich isotherms, the adsorption equilibrium was analyzed and it was seen that the more suited the Freundlich isotherm. According to the kinetic model, it was observed that it followed pseudo-second-order kinetics. Finally, Adsorption thermodynamics (G°, H°, S°) were calculated and the results were evaluated.