Nar kabuğundan elde edilen aktif karbon ile meyve suyundan pestisit adsorpsiyonu
Adsorption of certain pesticides in fruit juice with activated carbon produced from pulp of pomegranate peel
Yazar: MERVE ZEHRA ÇİFTÇİ YAVUZARSLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AZİZ ŞENCAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Meyve suyu endüstrilerinde hammadde olarak kullanılan meyvelerin işlenmeleri sonrası açığa çıkan atık ve artıklar yüksek suya ve mikrobiyal yüke sahiptirler ve hızla bozulma eğilimi gösterirler. Bu atıkların kurutulması oldukça zor ve pahalı bir yöntemdir. Bu yönüyle meyve suyu endüstrisi atıkları aynı zamanda çevre kirliliği yaratan önemli bir problemdir. Meyve suyu endüstrisi atıklarının değerlendirilme alanlarına bakıldığında ise büyük bir çoğunluğunun hayvan yemi olarak kullanıldığı, çok daha az miktarının ise ilaç, gıda ve kozmetik sanayinde değerlendirildiği görülmektedir. 

Ülkemizdeki meyve suyu endüstrileri ve atık potansiyelleri göz önüne alındığında, bu atıkların aktif karbon üretimi ile değerlendirilerek daha verimli olarak kullanılabileceği düşünülmüştür.  Aktif Karbon genellikle hiçbir yapısal formül ya da kimyasal analiz yolu ile karakterize edilemeyen, çok gözenekli ve karbonlu malzemelere verilen terminolojik bir isimdir. Aktif karbon aynı zamanda gaz ve çözelti fazından yüksek performansta adsorpsiyon yeteneğine sahip, yüksek yüzey alanına sahip ve gözenek yapılı bir adsorbandır. Başlıca kullanım amaçları olarak; tat, renk, koku ve çeşitli organik atık maddelerin temizlenmesi, suların temizlenmesi, günümüz kozmetiğinde ve son zamanlarda ise hidrometalurji çalışmalarında, özellikle altın ve gümüş kazanımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Çevresel zorunluluklar ve adsorplayıcı maddelere olan talep artışı fosil olmayan kaynaklardan aktifleştirilmiş karbon üretimi konusundaki araştırmalara olan ihtiyacı arttırmaktadır. Bu açıdan, tarımsal ve ormansal lignoselülozik atıklar oldukça ilgi çekicidir.

Bu tez çalışmasında aktif karbon üretmek için meyve suyu endüstrisinin üretim atığı olan lignolselülozik içerikli nar kabuğu posası kullanılmıştır. Nar kabuğundan yüksek yüzey alanına, adsorpsiyon özelliklerine ve uygun gözenek boyut dağılımına sahip aktif karbon üretimi amaçlanmıştır.  Üretimde fiziksel ve kimyasal aktivasyon yöntemi kullanılmış ve kimyasal aktivasyon prosesinde ZnCl2, ALCl3 ve KOH etkisi incelenerek uygun aktif karbon prosesi belirlenmiştir. Bu çalışmanın bir diğer aşamasında piroliz edilen aktif karbonun ve kimyasal muamele edilmiş aktif karbonun yine sulu çözelti olarak kullanılan elma suyuna ilave edilmiş carbendazim ve thiacloprid pestisitlerinin adsorpsiyonu incelenmiştir. Meyve suyuna yapılan farklı derişimlerdeki bu pestisitlerin ilavesinden sonra farklı miktarlarda aktif karbon eklenmiştir. Farklı karıştırma süreleri boyunca muamelesi sağlandıktan sonra meyve suyu numunesi AOAC 2007 pesitisit analiz yöntemi ile quetchers kit kullanılarak analiz edilmiştir. Analiz sonuçları LCMS-MS yardımıyla elde edilmiş, ayrıca adsorpsiyon kapasitesi BET yüzey alanı ve FTIR kullanılarak yorumlanmaya çalışılmış, elde edilen veriler doğrultusunda çalışma sonuçlandırılmıştır. 

Yapılan çalışmalar sonucunda; nar kabuğunun aktif karbon üretiminde kullanılabilecek potansiyel bir hammadde kaynağı olduğu tespit edilmiştir. Aynı zamanda uygun koşullarda çalışıldığında üretim atığı olan nar kabuğundan elde edilen aktif karbonların elma suyundaki insan sağlığı için tehlikeli olan carbendazim ve thiacloprid pestisitlerinin gideriminde kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Ayrıca ZnCl2, AlCl3 ve KOH ile yapılan kimyasal aktivasyonla ticari aktif karbon özelliklerine haiz aktif karbonlar üretilebilmiştir. Ekonomik değeri son derece düşük olan lignoselülozik yapılı, çevre dostu bu tarımsal artıkların önerilen yöntemle aktif karbona dönüştürülmesinin avantajlı olduğu anlaşılmıştır.

Abstract:
Wastes and residues, used as raw materials in fruit juice industries, released after the processing of fruits have high water and microbial load and tend to deteriorate rapidly and drying of these wastes is a very difficult and expensive method. From this aspect, fruit juice industry wastes are also an important problem that creates environmental pollution. When the fruit juice industry wastes are evaluated, it is seen that most of them are used as animal feed and much less amount is used in pharmaceutical, food and cosmetic industries.

Considering the fruit juice industries and waste potentials in our country, it has ben  considered that these wastes can be used more efficiently by using activated carbon production.Activated Carbon is usually a terminological name for highly porous and carbonaceous materials, which cannot be characterized by any structural formulas or chemical analysis. Activated carbon is a high surface area and porous adsorbent, which is also capable of high performance adsorption from the gas and solution phases. As the main purposes; it is widely used in taste, color, odor and various organic waste materials, water purification, today's cosmetics and recently in hydrometallurgy studies, especially gold and silver recovery. The increase in environmental requirements and the demand for adsorptive substances increases the need for research into the production of activated carbon from non-fossil sources. In this respect, agricultural and forestry lignocellulosic wastes are very interesting.

In this research, pomegranate husk pulp with lignolcellulosic content, which is the production waste of fruit juice industry, is used to produce activated carbon.It is aimed to produce activated carbon from pomegranate peel with high surface area, adsorption properties and suitable pore size distribution. Physical and chemical activation method is used in production and ZnCl2, ALCl3 and KOH effects are investigated in the chemical activation process and the appropriate activated carbon process was determined. In another step of this study, the adsorption of pyrolyzed activated carbon and chemically treated activated carbon added carbendazim and thiacloprid pesticides to apple juice which is used as aqueous solution is researched. After the addition of these pesticides at different concentrations, different amounts of activated carbon are added to the fruit juice. After treatment for different mixing times, the fruit juice sample is analyzed by AOAC 2007 pesticide analysis method using quetchers kit. The results of the analysis are obtained by LCMS-MS. Also, the adsorption capacity is interpreted by using BET surface area and FTIR.

As a result of the studies; pomegranate peel is a potential source of raw materials that can be used in the production of activated carbon. At the same time, it has been concluded that the active carbons obtained from pomegranate peel, which is the production waste, can be used in the removal of carbendazim and thiacloprid pesticides which are dangerous for human health in apple juice. In addition, by the activation of ZnCl2, AlCl3 and KOH, activated carbons having commercial active carbon properties could be produced. It has been found to be advantageous to convert these lignocellulosic, environmentally friendly agricultural residues which have extremely low economic value to activated carbon by the proposed method.