Sıvı faz uygulamalarında kullanılmak üzere kahveden aktif karbon üretimi ve optimizasyonu
Activated carbon production from coffee to be used in liquid phase applications and optimization
Yazar: GÖZDE BOZACI
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NİL ACARALI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Aktif karbon; geniş iç yüzey alanı ve gözenekli yapısı sayesinde sahip olduğu yüksek adsorpsiyon kapasitesi ile birçok alanda çeşitli amaçlarla kullanılan bir malzemedir. İnsan sağlığına zararsız karbon yapılı bir adsorbandır. Aktif karbon, kimyadan gıdaya, eczacılıktan maden sektörüne kadar oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptir. Aktif karbon üretiminde ham madde olarak kullanılabilecek birçok kaynak mevcuttur. Ticari olarak aktif karbonlar, odun, turba, linyit, kömürden elde edilebildiği gibi yemiş (fındık, fıstık, badem, hindistan cevizi vb.) kabuklarından, meyve (zeytin, hurma, kayısı vişne vb.) çekirdeklerinden çeşitli aktivasyon işlemleri ile de elde edilmektedir.
Bu çalışmada, literatürden farklı olması açısından aktif karbon ham maddesi olarak yeşil kahve kullanılmıştır. Üretim prosesine, bir bor kimyasalı olan çinko borat (ÇB) ilavesi ile sıvı faz uygulamalarında kullanılmak üzere yeşil kahveden aktif karbon üretimi amaçlanmıştır. Kimyasal aktifleştirme malzemesi olarak fosforik asit (H3PO4) seçilmiş olup gerçekleştirilen kimyasal aktivasyon işlemi süresince farklı reaksiyon parametreleri (fosforik asit yüzdeleri, çinko borat miktarları) denenmiştir. Deneysel çalışmalar, Taguchi optimizasyon metodu kullanılarak gerçekleştirilmiş ve optimum koşullar belirlenmiştir. Optimum numuneyi elde etmek için proses koşulları (mikrodalga kurutma süresi, karbonizasyon sıcaklığı ve karbonizasyon süresi) değiştirilerek, bu parametrelerin etkileri incelenmiştir. 
Elde edilen aktif karbonların karakteristik özellikleri, FT-IR, BET, SEM ve XRD analizleri ile belirlenmiştir. Üretilen aktif karbon numunesi iyot sayısı tayininde ve çözeltiden ağır metal Cr (VI) iyonlarının adsorpsiyonunda kullanılmıştır. Yapılan analiz ve adsorpsiyon çalışmaları, aktif karbonun başarıyla üretildiğini, üretilen aktif karbonun sıvı faz uygulamalarında değerlendirilebileceğini ve uygun adsorpsiyon izoterminin Langmuir izotermi olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Activated carbon is a material that used for various purposes in many fields through its large internal surface area and porous structure owned high adsorption capacity. It is an adsorbent that carbon structure and harmless to human health. Activated carbon has a very broad range application from chemical industry to food industry and from mining sector to pharmaceuticals. There are many sources that can be used as raw material in the production of activated carbon. Commercially activated carbon can be obtained from wood, peat, lignite, coal, from eaten shell (nuts, peanuts, almonds, coconut, etc.), fruit seeds (olives, dates, apricots, cherries, etc.) with various activated procedures.
In this study, unlike the literature, green coffee was used as activated carbon. It was intended for the production of activated carbon from green coffee for use in liquid phase applications with adding zinc borate which is a boron chemical. Phosporic acid was chosen as the chemicel activation material and different reaction parameters (percent of phosporic acid, amount of zinc borate) were tested during the process of chemical activation. The experimental studies were determined by using Taguchi optimization method and optimal conditions were obtained. Effects of these parameters (microwave drying time, temperature of carbonization and duration of carbonization) by varying process parameters were determined having optimum sample.

Characteristic features of the obtained activated carbons were determined with FT-IR, BET, SEM and XRD analysis. The sample of activated carbon which is produced were used for determination of the iodine number and the adsorption of heavy metal Cr (VI) ions from solution. Analysis and studies of adsorption have shown that activated carbon was produced successfully, this activated carbon was evaluated in liquids phase applications and Langmuir isotherm was more applicable.