Fındık kabuğu ve fındık kabuğundan farklı yöntemlerle elde edilen aktif karbonun kurşun(II) sorpsiyon potansiyelinin belirlenmesi
Determination of lead (II) sorption capacity of hazelnut shell and activeted carbon obtained from hazelnut shell with different methods
Yazar: AZİZ ŞENCAN
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET KILIÇ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Adsorbentler = Adsorbents ; Aktif karbon = Activated carbon ; Fındık = Hazelnut

Özet:
Su kirliliği insan sağlığını, içme veya çeşitli amaçlarla kullanım sonucu etkileyen önemli bir çevre kirliliği unsurudur. Nüfus artışı ve endüstriyel tesislerin miktarındaki artışa bağlı olarak, özellikle temiz suya olan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Su kirliliğine neden olan kaynaklardan birisi, özellikle üretim sürecinden kaynaklanan ağır metal iyonlarıdır. Ağır metalleri atıksulardan uzaklaştırmak için kullanılan iyon değişimi, çökeltim, aktif karbon adsorpsiyonu, elektrokimyasal ve membran prosesleri, buharlaştırma ve solvent ekstraksiyon metotları gibi konvansiyonel yöntemler kullanılmaktadır. Bu prosesler yüksek ilk yatırım ve işletim maliyetlerine sahiptirler. Bu maliyetleri düşürmek için yeni arıtma yöntemleri araştırılmasının yanı sıra, mevcut yöntemlerin iyileştirilmesi çalışmaları bilim insanları tarafından araştırılan bir konudur.Bu tez çalışmasında ağır metalleri sulu çözeltiden uzaklaştırmak için aktif karbon adsorpsiyonundan faydalanılmıştır. Aktif karbon, gaz ve çözelti fazından yüksek performansta adsorpsiyon yeteneğine sahip, yüksek yüzey alanlı ve gözenek yapılı eşsiz bir adsorbandır. Günümüzde yaygın araştırma alanlarından birisi de yüksek karbon içerikli lignoselülozik tarımsal atık ürünlerden aktif karbon üretimidir. Bu çalışmada fındık işleme sonunda ortaya çıkan fındık kabuğu atıklarının aktif karbon üretiminde değerlendirilebilirliği araştırılmıştır.Bu maksatla fındık kabukları 250 ve 700 ºC de piroliz edilerek termal olarak aktive edilmiş ve ZnCl2, KOH, AlCl3 ve CaHOCl kullanılarak kimyasal aktivasyona maruz bırakılmış aktif karbon elde edilmiştir. Son olarak aktif karbon üretiminde, yukarıda belirtilen yöntemlere ek olarak, mikrodalga ve ultrason teknolojisinden faydalanılarak aktif karbon üretilmiştir. Her aktif karbonun yüzey alanı ölçülerek yapılan muamelelerin ne gibi bir etki yaptığı belirlenmeye çalışıldı. Üretilen aktif karbonun ağır metal sorpsiyon potansiyelini belirlemek için Pb(II) iyonu sulu çözeltiden adsorpsiyon ile tutulmaya çalışıldı.Aktif karbon hazırlamada kullanılan yöntemler arasında yüzey alanının en fazla geliştiren kombinasyon CaHOCl ile kimyasal muamele + mikrodalga ile 5 dakika muamele + sonik dalga ile 30dakika karıştırma + 700 ºC de pirolizleme olarak tespit edildi. Kullanılan bu kombinasyon ham fındıkkabuğunun BET yüzey alanını 202 kat arttırdı. Sorpsiyon çalışmaları sonucunda ise sorpsiyon kapasitesi (Qe, mg/g) 4.76 kat artmıştır.Sulu çözeltiden giderilmesi için seçilmiş olan ağır metalin aktif karbonun ile adsorpsiyonunun adsorpsiyon mekanizması, denge, kinetik ve termodinamik modellerle belirlenmeye çalışılmıştır. Sonuçta 212.3 mg Pb(II) g değerinde bir sorpsiyon kapasitesi deneysel olarak elde edilmiş, denge verileri Langmuir Adsorpsiyon İzotermine uyum sağlamış ve adsorpsiyon kinetiği pseudo II. derece kinetik modelle açıklanmıştır. Termodinamik sonuçların yorumu sonrasında adsorpsiyonun gerçekleşmesi için dışarıdan herhangi bir enerjiye gereksinim duyulmadığı ve adsorpsiyonun meydana gelmesinde fiziksel olayların daha baskın olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Water pollution is one of the most important environmental pollution that affects human health through drinking or as a result of various usages. The need for clean drinking water is increasing day by day in consequence of population growth and increasing number of industrial firms. One of the reasons which cause water pollution is heavy metal ions result from production process. In order to remove heavy metals from wastewater, conventional methods such as ion exchange, sedimentation, activated carbon absorption, electrochemical and membrane processes, evaporation, solvent extraction methods are used. These processes have high initial investment and consumption cost for operating. In addition to researching for new water treatment methods, studies for improving existing methods are ongoing subjects searched by scientists.In this thesis in order to remove heavy metals from aqueous, activated carbon absorbtion is used. Activated carbon is a unique absorbent with high surface area and pore structure which has the capacity of high performance in gas and solution phase. Today, production of activated carbon from lignocellulosic agricultural waste products which has high carbon content is one of the common areas of researches. In this work the possibility of recycling the nut shells which occur at the end of the nut processing is studied.For this purpose, nut shells are activated thermally by pyrolysis in 250 and 700 ºC and activated carbon is obtained through treating them chemical activation by using ZnCl2, KOH, AlCl3 and CaHOCl. Finally, in the production of activated carbon, in addition to the methods mentioned above, by taking the advantage of microwave and ultrasound technology activated carbon is produced. The effects of treatments tried to determine by measuring the each area of the activated carbon surface. In order to find the potential of heavy metal sorption of the produced activated carbon Pb(II) ion is tried to be kept in aqueous solution.Absorption mechanism which is used for removing heavy metal from aqueous solution with activated carbon is tried to be determined with balance, kinetic and thermodynamic models. It is determined that among the methods of preparing activated carbon the best combination, which enhances the surface area most, is chemical treatment with CaHOCl + treatment with microwave for 5 minutes + infusion with sonic wave for 30 minutes + pyrolysis in 700 ºC. This combination increases 202 times of the BET surface area of the raw nut shell. At the end of the sorption studies the capacity of sorption increases (Qe, mg/g) 4.76 times. As a result experimentally a 212.3 mg Pb(II) g sorption capacity is obtained and equilibrium data accommodates with Langmuir Adsorption Isotherm and adsorbtion kinetics is explained with pseudo II kinetic model. After the explanation of thermodynamics results it is determined that there is no need for energy from outside for absorption and it is obvious that physical facts are more dominant during the absorption.