Portakal (Citrus sinensis L.) küspesinden üretilen aktif karbonun sulu çözeltilerden reaktif boyar madde adsorpsiyonunda kullanımı
Utilization of avtivated carbon produced orange (Citrus sinensis L.) pulp for adsorption of reactive dye from aqueous solution
Yazar: SİNEM GÜNEŞ
Danışman: DOÇ. DR. DİLEK ANGIN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Aktif karbon en yaygın kullanılan adsorbenttir. Yüksek yüzey alanı ve gözenek hacmi sayesinde ağır metallerin, organik bileşiklerin, boyar maddelerin sulu çözeltilerden giderilmesinde kullanılır. Ancak aktif karbonun fiyatı yüksektir. Fiyatın yüksek olması kullanımını sınırlamakta ve düşük maliyetli adsorbent arayışına yol açmaktadır. Son zamanlarda, tarım ve orman atıklarından aktif karbon üretimine olan ilgi artmaktadır.
Bu çalışmada, aktif karbon meyve suyu endüstrisi atığı olan portakal (Citrus sinensis L.) küspesinden çinko klorür (ZnCl2) ile kimyasal aktivasyon sonucu üretilmiştir. Portakal küspesi çinko klorür ile 3:1 oranında karıştırılmıştır. Çinko klorür emdirilen örneğin aktivasyonu 500ºC'de, 5ºC/dk ısıtma hızında, 200-300 cm3/dk azot gazı akışı altında gerçekleştirilmiş ve son sıcaklıkta 2 saat tutulmuştur. Elde edilen aktif karbonun BET yüzey alanı ve mikrogözenek hacmi sırasıyla 1779,48 m2/g ve 1383,20 m2/g'dır. Aktivasyon işlemi sonrası karbon içeriği artarken, hidrojen ve oksijen içeriği azalmıştır. Üretilen aktif karbon, sulu çözeltiden Orange 13 gideriminde kullanılmıştır. Adsorbent miktarının, çözelti pH'ının, sıcaklığın, başlangıç boyar madde konsantrasyonunun ve temas süresinin adsorpsiyon süreci üzerine etkisi incelenmiştir. Çeşitli denge izoterm modellerinin (Langmuir, Freundlich ve Dubinin-Radushkevich) ve kinetik modellerinin (yalancı birinci derece, yalancı ikinci derece, partikül içi difüzyon) adsorpsiyon sürecine uygunluğu araştırılmıştır. Denge izotermleri, en iyi Langmuir denge izoterm eşitliği tarafından tanımlanmıştır. Adsorpsiyon kapasitesi 25, 35 ve 45ºC'de sırasıyla 147, 222 ve 263 mg/g'dır. Adsorpsiyon kinetiğinin, en iyi yalancı ikinci dereceden kinetik modeline uyduğu görülmüştür ve adsorpsiyon hızının partikül içi difüzyon ile birlikte film difüzyonu tarafından kontrol edildiği belirlenmiştir. Termodinamik parametreler (ΔHº, ΔSº, ΔGº) hesaplanmıştır. Pozitif entalpi değeri (ΔHº) adsorpsiyon sürecinin endotermik olduğunu, negatif Gibbs serbest enerji değeri (ΔGº) adsorpsiyon işleminin kendiliğinden gerçekleştiğini ve negatif entropi değeri (ΔSº) çözelti-adsorbent ara yüzeyindeki rastlantısallığın artışını göstermektedir.
Sonuçlara göre, hazırlanan aktif karbonun sulu çözeltilerden Orange 13 giderimi için düşük maliyetli bir adsorbent olarak kullanılabileceği görülmüştür.

Abstract:
Activated carbon is the most widely used adsorbent. It can use removal of heavy metals, organic compounds, dyestuffs from aqueous solution through the high surface area and pore volume. However, the price of activated carbon is high. Its use is limited due to the high cost, and therefore it led to search for low-cost adsorbents. Recently, it has increased an interest in the production of activated carbon from agriculture and forestry waste.
In this study, activated carbon was produced from orange (Citrus sinensis L.) pulp, which obtained fruit juice industry by chemical activation with zinc chloride (ZnCl2). The orange pulp was mixed with ZnCl2 in the impregnation ratio of 3:1. Carbonization of the impregnated sample was carried out at 500ºC, heating rate of 5ºC/min, under the nitrogen flow (200-300 cm3/min) and held for 1 h at this final temperature. BET surface area and micropore area of obtained activated carbon was 1779,48 m2/g and 1383,20 m2/g, respectively. As the carbon content increased after activation process, hydrogen and oxygen content decreased. The activated carbon used removal of Orange 13 from aqueous solutions. Effects of adsorbent dossage, solution pH, temperature, initial dyestuff concentration and contact time on the adsorption process was examined. The suitability of various equilibrium izoterm (Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich) and kinetic (pseudo-first-order, pseudo-second-order, intraparticle diffusion) models on adsorption process were investigated. Equilibrium isotherms were well described by Langmuir equilibrium isotherm equation. The adsorption capacity was about 147, 222 and 263 mg/g at 25, 35 and 45ºC, respectively. Adsorption kinetics were fitted with the pseudo-second-order equation and the adsorption rate is controlled by film diffusion with intraparticle diffusion. Thermodynamic parameters (ΔHº, ΔSº, ΔGº) were calculated. The positive value of enthalpy (ΔHº) shows that the adsorption process is endothermic, the negative values of Gibbs free energy (ΔGº) indicate that the spontaneity of the adsorption process and the positive value of entropy (ΔSº) shows the increasing of randomness at the adsorbent–solution interface.
According the results, prepared activated carbon can be used as a low-cost adsorbents for the removal of Orange 13 from wastewater.