Isıl işlem görmüş kömürlere mtbe'nin adsorpsiyonu
The adsorption of mtbe on heat treated coals
Yazar: SILA BAL
Danışman: PROF. DR. ZEKİ AKTAŞ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Aktif karbon = Activated carbon ; Isıl işlem = Heat treatment ; Kömür = Coal

Özet:
MTBE (metil tersiyer butil eter) oktan yükseltici olarak ve hava kalitesinin korunması amacıylaNOx, CO emisyonlarını azalttıgı için belirli oranlarda benzine katılmaktadır. Ancak dolumsırasında ve benzin depolama tanklarındaki sızıntılardan dolayı MTBE su kaynaklarınakarısmaktadır. MTBE'nin toksik etkilere sahip oldugu, canlıların kas ve sinir sistemlerine zararverdigi, çok düsük derisimlerinde dahi içme sularında kötü koku ve tat olusumuna yol açtıgıbilinmektedir.Sudaki organik maddelerin uzaklastırılması için en yaygın yöntem gözenekli katılaraadsorpsiyondur. Birçok organik yapıdaki kimyasal madde gözenekli katılara adsorplanarakayrılabilmektedir. Bu katılar içinde en yaygın olarak kullanılanı aktif karbondur. Fakat aktifkarbonun maliyetinin yüksek olması farklı dogal adsorplayıcı arayısının artmasına sebepolmustur. Kömür bol ve kolay bulunabilen gözenekli bir katıdır. Fiziksel ve kimyasalaktivasyon islemleri ile kömürün yüzey alanı arttırılabilir ve adsorpsiyon kapasitesiyükseltilebilir. Bu islemlerden en yaygın olanı ısıl islemdir. Tez çalısması kapsamında; olusumzamanları ve yapıları farklı olan Soma linyiti ve Zonguldak bitümlü kömürü seçilmistir. Üçfarklı parçacık boyutunda Soma linyitine ve Zonguldak bitümlü kömürüne 400-800 oCaralıgındaki sıcaklıklarda ısıl islem uygulanmıstır. Sıcaklıgın yüzey alanına ve gözenek boyutdagılımına etkisi incelenmistir. Isıl islem ile yapısal degisimleri gözlemek için orijinal ve ısılislem görmüs örneklerin FTIR ve elementel analizleri yapılmıstır. Öncelikle kinetik adsorpsiyondeneyleri yapılarak MTBE'nin kömürlere ve aktif karbona adsorpsiyon denge süresi 8 saatolarak belirlenmistir. Farklı parçacık boyutundaki Soma linyitine, Zonguldak bitümlü kömürüneve aktif karbona MTBE'nin adsorpsiyonu gerçeklestirilmistir. Adsorpsiyon deneylerindebaslangıç derisim aralıgı 10-120 ppm'dir.Parçacık boyutu azalmasıyla yüzey alanlarında artıs olmustur. Yüzey alanları sıcaklıkla farklıdegisim göstermis, ısıl islem sıcaklıgı arttıgında yüzey alanı önce artmıs ve maksimum degereulasmıs sonra düsmüstür. En yüksek yüzey alanı Soma linyitinde elde edilmistir. Deneyseldegerlerin Langmuir ve/veya Freundlich adsorpsiyon modellerine uyup uymadıgı arastırılmıstır.Deneysel degerlerin oldukça farklı olmasından dolayı adsorpsiyonun Langmuir modelineuymadıgı ve Freundlich modeline zayıfça uydugu görülmüstür. Orijinal kömürler genellikleislem görmüs kömürlere göre daha yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahiptir. Sudaki çok düsükMTBE derisimlerinde, ısıl islem görmemis orijinal kömürlerin kullanılabilecegi sonucunavarılmıstır.2007, 181 sayfaAnahtar Kelimeler: MTBE, Adsorpsiyon, Isıl slem, Kömür, Aktif Karbon

Abstract:
MTBE (methyl tert-butyl ether) in known ratios is added to gasoline to improve the octanerating and to reduce NOx, CO emission in order to keep air at desired quality. However duringloading of gasoline and due to leaking of gasoline storage tanks MTBE mixes to waterresources. It is well known that MTBE has toxic and harmful effects on muscle and nervesystems and even its very low concentration in drinking water affects the taste and odour ofwater badly.A most common method is the adsorption on porous solids to remove organic materials inwater. Many chemicals in organic nature may be able to separate adsorbing on porous solids.One of porous materials is activated carbon which is widely used. Due to high cost of activatedcarbon different natural adsorbents were searched for the adsorption processes. One of differentporous adsorbents is coal that is abundant and easy to find in the earth. The surface area andadsorption capacity of coal may be increased with physical and chemical activation processes.One of these processes is heat treatment which is the most common. In the scope of the thesis,Soma lignite and Zonguldak bituminous coal which have different chemical structure wereselected and their formation periods were also different. Three different size fractions of Somalignite and Zonguldak bituminous coal were heated at 400-800 oC temperatures range. Theeffects of temperature on the surface area and pore size distributions were investigated. In orderto observe structural changes of the adsorbents, the original and heat treated samples wereanalysed in terms of FTIR and elemental analyses. Primarily adsorption kinetic experimentswere performed to determine equilibrium period for the adsorption on the coals and activatedcarbon. The equilibrium period was 8 hours that used for all adsorption experiments. Theadsorption of MTBE was conducted using activated carbon and different particle size fractionsof Soma lignite and Zonguldak bituminous coal, respectively. Initial loadings of MTBE foradsorption were between 10-120 ppmThe surface area of the samples increased with particle size reduction. Variation of the surfacearea with temperature was different; when the heat treatment temperature raises the surface areafirst increases and reaches to a maximum value and then drops. The highest surface area wasobtained in the use of Soma lignite. It was investigated if the experimental values were fit withthe Langmuir and/or Freundlich adsorption models. The experimental points were fairlyscattered as a result of this fitting of the experimental values were too poor for the Langmuiradsorption model. In terms of Freundlich adsorption model the experimental values poorly fittedto the model. Interestingly, the original coals had higher adsorption capacity according to theheat treated samples. It was concluded that the original coals without any heat treatment mightbe used to adsorb MTBE, which is very low concentration, in water.2007, 181 pageKey Words: MTBE, Adsorption, Heat Treatment, Coal, Activated Carbon