Şarap endüstrisi artığı üzüm saplarından aktif karbon eldesi ve karakterizasyonu
Activated carbon preparation fromwine production residue grapes stalk and its characterization
Yazar: IŞILAY ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. MEHMET ERDEM
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Aktif karbon; yüksek karbon içeriğine sahip maddelerden fiziksel ve/veya kimyasal aktivasyon işlemleriyle hazırlanan, yüksek yüzey alanı ve gözenek hacmine sahip adsorptif özelliği çok yüksek olan karbonlu bir adsorbenttir. Aktif karbon üretilecek malzemelerin maliyetinin yanında, uygulanan aktivasyon işlemlerinde kullanılan enerji ve kimyasallardan dolayı diğer adsorbentlere göre oldukça pahalıdır. Aktivasyonda uygulanan temel işlemler değiştirilemediğinden, daha düşük maliyetli aktif karbonlar elde edebilmek amacıyla, son zamanlarda ekonomik değeri olmayan veya çok düşük olan bitkisel artık ve atıkların bu amaçla kullanılabilirliği araştırılmaktadır. 
Bu çalışmada; şarap endüstrisi artığı üzüm saplarından fiziksel ve kimyasal aktivasyon yöntemleriyle farklı iki aşamada aktif karbon elde edilmiştir. Birinci aşamada; saf karbondioksit ve azot gazı atmosferinde farklı sıcaklık ve sürelerde fiziksel aktivasyonla, ikinci aşamada ise farklı ZnCl2/üzüm sapı oranlarında çinko klorürle farklı sürelerde kimyasal aktivasyona tabi tutulan üzüm saplarının saf karbondioksit ve azot gazı atmosferinde karbonizasyonuyla aktif karbonlar elde edilmiştir. Elde edilen aktif karbonlar; kül tayini, elementel analiz, partikül boyutu, BET yüzey alanı, gözenek dağılımı, FT-IR, TGA ve DTA gibi termogravimetrik analiz, iyot sayısı, Boehm titrasyonu ve SEM analizleriyle karakterize edilmiştir.
Hazırlanan en büyük yüzey alanına sahip aktif karbon örneğinin adsorplama etkinliğini ortaya koymak amacıyla, Cr(VI) içeren çözeltilerle adsorpsiyon deneyleri yapılmıştır. Adsorpsiyon deneylerinde sulu çözeltilerden Cr(VI)?nın giderilmesi üzerine; başlangıç pH?sı, adsorbent dozu, temas süresi, sıcaklık ve başlangıç Cr(VI) konsantrasyonunun etkileri incelenmiş, elde edilen sonuçlar adsorpsiyon izotermlerine uygulanmış ve elde edilen aktif karbonun Cr(VI) adsopsiyon kapasitesi hesaplanmıştır.
Elde edilen sonuçlara göre, en iyi özelliklere sahip aktif karbon; ZnCl2/üzüm sapı oranı 2 olacak şekilde ZnCl2 ile 36 saat süreyle kimyasal aktivasyona tabi tutulan üzüm saplarının karbondioksit gazı atmosferinde, 700°C sıcaklıkta, 120 dk süreyle karbonize edilmesiyle elde edilmiştir. Bu şartlarda elde edilen aktif karbonun 1411 m2/g yüzey alanına sahip olduğu belirlenmiştir. 
1411 m2/g yüzey alanına sahip aktif karbon ile yapılan Cr(VI) adsorpsiyonunda;100 mg/l konsantrasyonundaki Cr(VI) iyonlarını sulu ortamlardan gidermek için, en uygun pH, adsorbent dozu ve temas süresinin sırasıyla pH 2.5, 6 g/l ve 30 dk olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen aktif karbon, optimize edilen şartlarda ortamdaki Cr(VI)?nın % 91.37?sini gidermiştir. Cr(VI) adsorpsiyonunun Langmuir adsorpsiyon izotermine uyduğu ve 25?C?deki maksimum adsorpsiyon kapasitesinin ise 22.883 mg-Cr(VI)/g-aktif karbon olduğu belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Aktif karbon; Üzüm sapı; Adsorpsiyon, Aktivasyon; Yüzey alanı

Abstract:
Activated Carbon Preparation fromWine Production Residue Grapes Stalk and Its Characterization
Activated carbon, which is produced from carbonaceous materials by physical and/or chemical activation, is a carbonaceous adsorbent having unique characteristics such as high surface area, pore volume and surface chemical properties. Besidesthe cost of raw materials produced activated carbon, it is more expensive than the other adsorbents due to cost of energy and chemicals used in the processes applied for activation. Since unit operations for activation can not be changed,in orderto achieve more cost-effective active carbon, very low ornon-commercialavailability of waste materials and residues is being investigated for this purpose nowadays.
In this study, activated carbon was obtained in two stages from grape stalks, wine production residue, by different physical and chemical activation methods. In the first stage, activated carbon was prepared under pure carbondioxide and nitrogen gas atmosphere at different temperatures and physical activation times. In the second stage, it was prepared from the grape stalk subjected to chemical activation by ZnCl2 at different ZnCl2/grape stalk weight ratios and for penetration times under the pure carbon dioxide and nitrogen gas atmosphere. The obtained activated carbon was characterized by ash content, elemental analysis, particle size, BET surface area, pore distribution, iodine number, Boehm titration, FT-IR, thermogravimetric and SEM analysis.
In order to determine adsorption efficiency of activated carbon having the largest surface area, adsorption experiments were carried out with Cr(VI) solution. In these experiments, effects of initial solution pH, adsorbent dosage, contact time, temperature and initial Cr(VI) concentration on the Cr(VI) adsorption by activated carbon were investigated. Obtained results were applied to Langmuir and Freundlich adsorption isotherms and the Cr(VI) adsorption capacity of activated carbon obtained was calculated.
According to results obtained, it has been determined that activated carbon with the best features was obtained from the grape stalk activated chemically by ZnCl2 penetrated at the ZnCl2/grape stalk weight ratio of 2 for 36 h under the pure carbon dioxide atmosphere at 700°C for 120 min carbonization times. It has been determined that the activated carbon obtained has 1411 m2/g surface area. 
In the adsorption study carried out with Cr(VI) solution and the activated carbon having the largest surface area (1411 m2/g), in order to remove Cr(VI) having the concentration of 100 mg/l, the most suitable pH, adsorbent dosage and contact time have been determined as pH 2.5, adsorbent dosage of 6 g/l and contact time of 30 min, respectively. Under the conditions optimized, 91.37 % Cr(VI) in the solution has been removed by activated carbon obtained from grape stalk. It has been determined that the Cr(VI) adsorption by the activated carbon fits the Langmuir adsorption isotherm and Cr(VI) adsorption capacity of the activated carbon at 25°C is 22.883 mg-Cr(VI)/g. 

Key Words: Activated carbon; Grape stalk; Adsorption, Activation; Surface area