Bitkisel atıklardan aktif karbon üretiminin optimizasyonu ve adsorpsiyon özelliklerinin karakterizasyonu
The optimization of the production of activated carbon from plant wastes and the characterization of adsorptive properties
Yazar: METİN AÇIKYILDIZ
Danışman: PROF. DR. AHMET GÜRSES
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Aktif karbon = Activated carbon ; Optimizasyon = Optimization ; Termal analiz = Thermal analysis

Özet:
Bu çalışmada, bitkisel atıklardan aktif karbon üretimi, üretilen aktif karbonun karakterizasyonu ve üretim şartlarının optimizasyonu amaçlanmıştır. Bunun için, kuşburnu, kızılcık, iğde ve pamuk çekirdekleri ile çam talaşı gibi çeşitli üretim ve işleme aşamalarından sonra oluşan atıklar hammadde olarak kullanılmıştır. Fiziksel ve kimyasal özellikleri; termal, elementel, kısa ve FT-IR analiziyle belirlenen hammaddelerden aktif karbon üretiminde kimyasal aktivasyon tercih edilmiştir. Üretilen aktif karbonların yüzey alanı ve metilen mavisi adsorpsiyon kapasitesi üzerine; impregnant türü, impregnant oranı, impregnasyon süresi ve karbonizasyon sıcaklığı gibi parametrelerin etkisi incelenmiştir. ZnCl2 ve K2CO3 ile farklı oranlarda (0,5-2,0 w/w) ve farklı sürelerde impregne edilen (1-3 saat) hammaddeler azot atmosferinde, 100C/dak. ısıtma hızında farklı karbonizasyon sıcaklıklarına (300-800oC) ısıtılmıştır. Üretilen örneklerin spesifik yüzey alanları gaz adsorpsiyonuyla, metilen mavisi indeksi ise sulu çözeltiden metilen mavisi adsorpsiyonuyla belirlenmiştir. Deneysel parametrelerin optimizasyonu MINITAB 15 paket programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.ZnCl2 eşliğinde düşük sıcaklıklardaki karbonizasyon sonucu kuşburnu, kızılcık, iğde, pamuk çekirdekleri ve çam talaşı ile sırasıyla 1408, 1549, 1813, 1372 ve 1825 m2/g yüzey alanına sahip aktif karbon örnekleri üretilmiştir. Ölçülen yüzey alanı değerlerinin, K2CO3 ile yüksek sıcaklıklarda üretilebilen örneklere kıyasla daha yüksek olduğu belirlenmiştir. İmpregnant ve hammadde türü, impregnant oranı, impregnasyon süresi ve karbonizasyon sıcaklığı gibi proses parametrelerinin üretilen aktif karbonların yüzey özellikleri üzerine önemli etkilerinin bulunduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, the preparation of activated carbon from plant wastes, the characterization of produced activated carbon and the optimization of production conditions were aimed. For this, the rosehip seeds, cornelian cherry stones, oleaster seeds, cottonseeds and pine sawdust, which are formed from some of the process and producing stages, were used as raw materials. The chemical activation was preferred for the activation carbon from raw materials which are characterized by thermal, elemental, proximate and FT-IR analysis. The effect of impregnant and raw material type, impregnation ratio, impregnation time and carbonization temperature on the surface area and methylene blue sorption capacities of produced activated carbons were investigated. The raw materials impregnated with ZnCl2 and K2CO3 in different ratio (0.5-2.0 w/w) and times (1-3 hours) were heated to different carbonization temperatures (300-800oC) under N2 atmosphere with constant heating rate (100C/min). The specific surface area and methylene blue index of produced activated carbons were determined by gas adsorption and methylene blue adsorption from aqueous solution, respectively. The optimization of the experimental parameters was done by using MINITIAB 15 software.The activated carbon samples with 1408, 1549, 1813, 1372, and 1825 m2/g surface area were produced by using ZnCl2 at low temperatures for rosehip seeds, cornelian cherry stones, oleaster seeds, cottonseeds and pine sawdust, respectively. The experimental results show that surface area values of the samples in the ZnCl series are much higher than in the K2CO3 series. It was determined that the process parameters such as impregnate type, impregnation ratio, impregnation time, and carbonization temperature have significant effect on the surface properties of produced activated carbons.