Çay atığından adsorbent üretimi ve üretilen adsorbentin adsorpsiyon özelliklerinin incelenmesi
Production of adsorbent from waste tea and investigation of adsorption properties of the adsorbent produced
Yazar: İFFET IŞIL GÜRTEN
Danışman: PROF. DR. ZEKİ AKTAŞ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında, ilk kez, ülkemizde her yıl büyük miktarda biriken biyokütle atıklardan biri olan çay atığından, yüksek yüzey alanına (>1000 m2/g) sahip gözenekli katı üretilmiştir. Elde edilen ürünün ve orijinal biyokütlenin iki farklı sıcaklıkta (15 °C ve 30 °C) adsorplama kapasiteleri, fenolün sulu ortamdan adsorpsiyonu ile belirlenerek prosesin termodinamik incelemesi gerçekleştirilmiştir.Gözenekli katı, öncelikle, alışılagelmiş (konvansiyonel) yöntem olmak üzere, bu yönteme mikrodalga ön işleminin entegre edilmesiyle uygulanan yeni yöntemle üretilmiştir. Kimyasal aktivasyon, insan sağlığına ve çevreye zararsız bir kimyasal olan, K2CO3 ile gerçekleştirilmiştir. Araştırmada, öğütülmüş çay atığının iki farklı boyuta sahip (-500µm ve +500µm) fraksiyonu kullanılmıştır. Alışılagelmiş yöntemin uygulandığı çalışmada, üretim yöntemi (kimyasal aktivasyon, yalnız karbonizasyon), kütlece K2CO3/çay atığı oranı (0.5, 1.0, 1.5, 2.0), kimyasal aktivasyon süresi (0 h, 24 h), karbonizasyon sıcaklığı (400, 500, 600, 700, 800, 900 °C) ve süresinin (30, 60, 120 dk) son ürüne etkileri belirlenmiştir. Ürün, yüzey alanı, gözenek boyut dağılımı ve yoğunluğuna göre karakterize edilmiştir. Mikrodalga ön işleminin uygulandığı çalışmada ise, ortamdaki su miktarının (9.0, 18.0, 27.0 g), ön işlem süresinin (120, 150 s) ve mikrodalga reseptörü kullanımının etkisi araştırılmıştır.Sonuç olarak; kimyasal aktivasyonun, yüksek yüzey alanı ve gözenekliliğe sahip katı madde üretiminde çok önemli bir rol oynadığı, kullanılan K2CO3 miktarının ve kimyasal aktivasyon işlemi süresinin gözenek gelişimini etkilediği, karbonizasyon sıcaklığının ve süresinin ise hem yüzey özellikleri hem de ürün verimi üzerinde etkili olduğu görülmüştür. Mikrodalga ön işlemi ise kimyasal aktivasyon işleminin süresini kısaltarak, zaman ve enerji tasarrufu sağlamaktadır.Adsorpsiyon çalışması sonuçlarına göre, üretilen gözenekli katının farklı sıcaklıklardaki fenol adsorpsiyon kapasitesi ise oldukça yüksek olup, sulardaki fenolün uzaklaştırılmasında etkin bir adsorbent olarak kullanılabileceği öngörülmüştürAnahtar Kelimeler: Biyokütle, çay atığı, gözenekli katı, K2CO3, adsorpsiyon, mikrodalga

Abstract:
In this investigation, for the first time, a porous solid with high specific surface area (> 1000 m2/g) was produced from waste tea which is an abundant agricultural by-product in our country. The adsorption capacity of the porous solid prepared and the raw material were determined toward phenol at two different temperatures (15 °C and 30 °C) and also the thermodynamics study of adsorption processes was carried out.The porous solid was prepared primarily with conventional method. K2CO3, which is not a hazardous chemical and not deleterious as it is frequently used for food additives, was used as chemical activation reagent. The milled waste tea which has two different particle size (-500 µm and +500 µm) was used in this study. The effect of production procedures (chemical activation, only carbonisation), concentration of K2CO3 solutions (2.81, 5.63, 8.43, 11.21 M), impregnation ratios (0.5, 1.0, 1.5, 2.0), chemical activation times (0 h, 24 h), carbonisation temperatures (400, 500, 600, 700, 800, 900 °C) and carbonisation times (30, 60, 120 min) on properties of the product (i.e., surface area, pore size distribution, density) were investigated.A novel method was also applied to prepare porous material as well as conventional method. In this new method microwave pretreatment was integrated into conventional method. The effect of water content (9.0, 18.0, 27.0 g), microwave treatment period (120, 150 s) and the use of microwave receptor were investigated on surface area and porosity of the final product.The results showed that chemical activation had an important role to obtain porous material with high surface area and porosity. Impregnation ratio and chemical activation time particularly modified the pore structure. Carbonisation temperature and carbonisation time affected the surface properties and yield of the product. Microwave pretreatment did not have any significant effect on surface properties of the product. On the contrary, by reducing chemical activation time, it saved energy and time of process.The adsorption capacity of the waste tea increased with increasing temperature. The porous material has excellent adsorption capacity for phenol removal, therefore it is suggested that it is effective adsorbent to remove phenol from water.Key Words: Biomass, tea waste, porous solid, K2CO3, adsorption, microwave