Biyozift-esaslı karbon köpüklerin özellikleri üzerine sert şablon yöntemi ve kimyasal aktivasyonun etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of hard-template method and chemical activation on the properties of biopitch-based carbon foams
Yazar: YUNUS DOLAŞ
Danışman: DOÇ. DR. ADİFE ŞEYDA YARGIÇ
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Kimyasal aktivasyon = Chemical activation ; Piroliz = Pyrolysis ; Talaş = Sawdust ; Zift = Pitch ; Şablon = Template

Özet:
Bu çalışmada, kereste fabrikası atığı olan gürgen ağacı talaşından elde edilen biyozift kullanılarak karbon köpük üretilmesi amacıyla şablon tekniği uygulanmış ve malzemelerin karakteristik özellikleri incelenmiştir. Bu kapsamda, tez çalışmasının ilk aşamasında gürgen talaşının ısıtma hızı 7 °C/dk olacak şekilde 400 °C sıcaklıkta gerçekleştirilen pirolizi sonucunda üretilen sıvı ürünün vakumlu distilasyonu sonucunda biyozift elde edilmiştir. Piroliz sıvı ürününe elementel analiz, GC/MS, FT-IR ve 1H-NMR analizleri uygulanarak; biyozifte ise elementel analiz, FT-IR ve termogravimetrik analizin yanı sıra kül miktarı tayini, yumuşama noktası ve gerçek yoğunluk ölçümü yapılarak özellikleri incelenmiştir. İkinci aşamada ise, yüksek sıcaklık/basınç reaktöründe biyozift-esaslı yeşil köpükler üretilmiş ve karbonize edilmiştir. Geleneksel köpükleşme yöntemi ile üretilen biyozift-esaslı karbon köpük özelliklerine karşı sert şablon katkı oranının (şablon: biyozift oranı = ağırlıkça %1, 5, 10, 20, 30) ve kimyasal aktivasyon işleminin (potasyum hidroksit: köpük oranı = ağırlıkça 1:1) etkileri araştırılmıştır. Farklı teknikler ile hazırlanan karbon köpüklerin yapıları elementel analiz, x-ışını kırınımı, BET yüzey alanı, taramalı ve geçirimli elektron mikroskobu gibi yöntemlerin yanı sıra gerçek ve yığın yoğunluk, basma dayanımı ve ısıl iletkenlik ölçümleri uygulanarak aydınlatılmıştır. Elde edilen veriler ışığında fosil yakıt-türevli ziftlere alternatif olarak odun-esaslı biyoziftin kullanımı ile karbon köpüklerin üretilebileceği, şablon tekniği veya kimyasal aktivasyon işleminin uygulanması ile ürün özelliklerinin çeşitlendirilebileceği sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In this study, the template method was applied to produce carbon foam by using biopitch obtained from hornbeam wood sawdust, which is a sawdust waste, and the characteristics of the materials were investigated. In this context, biopitch was obtained as a result of vacuum distillation of the liquid product acquired as a result of the pyrolysis of hornbeam sawdust at 400 °C with a heating rate of 7 °C/min in the first stage of the thesis. By applying elemental analysis, GC/MS, FT-IR, and 1H-NMR analyses to the pyrolysis liquid product; elemental analysis, FT-IR, and thermogravimetric analysis, as well as ash content determination, softening point and true density measurements were performed for the biopitch, and their properties were examined. In the second step, biopitch-based green foams were produced in the high temperature/pressure reactor and carbonized. Biopitch-based carbon foam properties produced by conventional foaming versus hard template addition ratio (template: biopitch ratio = 1, 5, 10, 20, 30 by weight) and chemical activation treatment (potassium hydroxide: foam ratio = 1:1 by weight) effects were investigated. The structures of carbon foams prepared with different techniques were elucidated by applying methods such as elemental analysis, x-ray diffraction, BET surface area, scanning/transmission electron microscopy, as well as true and bulk density, compressive strength, and thermal conductivity measurements. In the light of the data obtained, it has been concluded that carbon foams can be produced by using wood-based biopitch as an alternative to fossil fuel-derived pitches, and product properties can be diversified by applying the template method or chemical activation process.