Mikrodalga yöntemiyle aktifleştirilen farklı meyve kabuklarının adsorbsiyon özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the adsorption properties of different fruit peels activated by microwave method
Yazar: ÖZGE YILMAZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NURCAN TUĞRUL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
İnsan nüfusunun artması ile sanayileşmedeki hızlı gelişmeler sonucunda  çevre kirliliği gün geçtikçe dünyada kendini daha fazla hissettirmektedir. Kirlenmiş olan bu çevrenin temizlenmesi ancak maliyetli ve uzun süren bir çalışma ile mümkün olabilmektedir. Sulardaki organik kirleticilerin biyokimyasal yöntemlerle bozunarak zararsız hale getirilmesi mümkündür ancak ağır metallerin bu yolla zararsız bileşiklere dönüşmesi mümkün değildir. Atık sulardaki ağır metal kirliliğini gidermek için ağır metal adsorbsiyonu kullanılabilir. Bu çalışmada endüstriyel atık sularda en çok görülen ağır metallerden çinko adsorpsiyonu incelenmiştir.
Endüstrinin birçok dalında önemli olan aktif karbon, özellikle adsorpsiyon proseslerinde, su filtrelerinde, gaz maskelerinde ve savunma sanayindeki kullanımından dolayı stratejik öneme sahiptir. Hammadde maliyetleri, üretim proseslerinin yüksek enerji tüketimi, aktif karbon üretim maliyetini oldukça artırmaktadır.  
Bu  çalışmada, atık meyve kabukları karbon hammaddesi olarak değerlendirilmiştir ve en ekonomik şekilde yüksek yüzey alanına sahip gözenekli karbon adsorbanların üretilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, alışılagelmiş yöntemlere alternatif olarak, mikrodalga önişlemi içeren bir aktivasyon yöntemi gerçekleştirilmiştir. Atık meyve kabuklarının gözenek yapısını geliştirmek amacıyla fosforik asit ile kimyasal aktivasyon uygulanmıştır. Bu yöntemde, mikrodalga etkileşiminden dolayı, kimyasal aktivasyon süresinin azaltılıp karbonizasyon etkinliğinin artırılması mümkün olmaktadır. 
Böylelikle zaman ve enerji tasarrufu sağlanarak proses ticari potansiyeli arttırılabilmektedir. 
Mekanik dayanım, düşük seçicilik, hızlı adsorpsiyon kinetiği ve yüksek adsorpsiyon kapasitesi nedeniyle aktif karbonlar atık sulardan ağır metal, boya giderimi gibi amaçlar için kullanılan en önemli adsorbanlardan biridir. Ancak aktif karbonun maliyeti nispeten pahalıdır. Bu nedenle atık sulardan safsızlık gideriminde adsorban olarak kullanılmak üzere doğal malzemelerden elde edilen ve maliyet düşürücü adsorban üretimi amacıyla çalışmalar yürütülmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları ve daha düşük maliyetli metodlar kullanarak aktif karbon elde edilmesi üzerine pek çok araştırma yapılmaktadır. Bu araştırmalardan bir tanesi de, tarım ve endüstriyel atıklar kullanılarak aktif karbon üretimi üzerinedir. Lignin, makro-alg, meyve–sebze kökenli atıklar (fındık kabuğu, meyve çekirdeği) gibi tüm karbon içerikli lignoselülozik tarımsal atıklardan aktif karbon üretilebilir. Ayrıca düşük maliyetli aktif karbon üretmek için piroliz yerine mikrodalga işlemi kullanılarak yapılan çalışmalarda, mikrodalga işleminin yüksek ısıtma hızı, kontrol edilebilir ve seçimli ısıtma, enerji ve zaman tasarrufu gibi pek çok avantaja sahip bir yöntem olduğu gözlenmiştir.Bu çalışmada, atık meyve kabukları ve mikrodalga ön işlemi kullanılarak elde edilen düşük maliyetli aktif karbonlar ile atık sulardan çinko metalinin giderimi gerçekleştirilmiştir. 
Atık meyve kabuklarının kimyasal aktivasyonu (ZnCI2 ile) sabit güç ve farklı zamanlarda mikrodalga işlemine tabi tutularak gerçekleştirilmiştir. Daha sonra elde edilen ürün aktif karbon adsorpsiyon deneyi için kullanılmıştır.
Mikrodalga ön işleminde her bir farklı süre için ihmal edilemeyecek ve birbirinden farklı ağırlık kayıpları gözlemlenmesine rağmen aktif karbonların adsorpsiyon kapasiteleri birbirlerine ve referans maddeye çok yakındır. 40 ppm Zn çözeltisinin %97,95 oranında giderimi ile L-800-3-ZnCl2 en iyi adsorplama kapasitesine sahip ürün olmuştur.

Abstract:
The environmental pollution caused as a result of the increase in population and the rapid industrialization become more perceptible day by day all over the world. The cleaning process of the polluted environment is only possible with very expensive and long term operations. While it is possible, to be decomposed and become harmless components, for the organic pollutants, it is not in question for heavy metals to become harmless components in the same way. One of the methods that are used for removal of heavy metals pollution in waste water is the adsorption of heavy metals. In this study adsorption of zinc, which are the most confronted heavy metals in industrial  wastewaters, was investigated.
Activated carbon is indispensable for many fields of industry, especially owing to its use in the adsorption processes, the water filters, gas masks and defence industry which has a strategic importance. However, high cost of raw materials and energy consumption of its production processes substantially increase the cost of activated carbon production.  
In this study, biochar is used as a raw material in activated carbon preparation. The objective of the study is economic production of porous carbon adsorbents with high surface area. For this purpose, as an alternative to conventional methods, an activation method with microwave pretreatment has been proposed. In order to develop the pore structure of the biochar, chemical activation with phosphoric acid is applied. In this method, due to the microwave interactions it is possible to shorten the duration of the chemical activation and to increase the efficiency of the carbonisation process. Thus, energy and time savings may be achieved, and the commercial viability of the process can be increased.   
Because of their mechanical stability, low speciﬁcity, fast adsorption kinetics and high adsorption capacities; activated carbon which is used to remove organic compounds, metal ions and dissolved dyes from waste water, is accepted as one of the most  popular material for adsorption. But price of activated carbon is relatively high. For this reason initiative have been started to study reduced cost and made of natural sorbents to remove impurity from wastewater. About production of activated carbon using lower cost methods and materials from renewable resources have been searched by many researchers. In one of this research, activated carbon using agricultural and industrial waste materials was produced. Activated carbon can be produced from all carbon-containing lignocellulosic agricultural waste as lignin, macro-algal, wastes of vegetable-fruit origin (e.g. nut shells, fruit stones). As the investigations, used microwave process instead of pyrolysis provide lots of advantage as high heating rates, controllable and selective heating; energy and time savings. The aim of this study is to investigate that activated carbon obtained by microwave pretreatment is removed zinc metal from waste water. 
In this study, chemical activation (with ZnCl2 ) of biochar which were subjected to microwave treatment in constant power and different times was carried out. Then product activated carbons were used for adsorption experiment. Although different from each other significant weight loss is observed in the microwave process for each different times, there is substantially no effect an the zinc removal. L-800-3-ZnCl2was the product which has best adsorption capacity with removal %97,95 of 40 ppm Zn solution.