Selüloz, hemiselüloz ve ligninden aktif karbon üretimi
Production of activated carbon from cellulose, hemicellulose and lignin
Yazar: BAHAR TİRYAKİ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. EMİNE YAĞMUR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Aktif karbon = Activated carbon ; Hemiselüloz = Hemicellulose ; Lignin = Lignin ; Mikrodalga enerjisi = Microwave energy ; Selüloz = Cellulose

Özet:
Dünya'da ve Türkiye'de adsorban maddelere duyulan ihtiyaç her geçen gün artmakta, bu nedenle aktif karbon ihtiyacı büyümekte ve aktif karbon üretimi için yeni teknolojiler geliştirilmektedir. Günümüzde bu teknolojilerden en gözde olanı uygun maliyet, çevresel fayda ve kullanım avantajları dolayısıyla lignoselülozik hammaddelerden aktif karbon üretimidir. Lignoselülozik maddeleri bu kadar önemli yapan, bileşenlerinin kimyasal özellikleridir. Bu özeliklerin üretim kolaylığı, karbon içeriğinin yüksek oluşu, kül içeriğinin azlığı, ekonomik açıdan uygunluğu, atık hammadde kullanıldığı için çevreye verilen zararın telafisini sağlaması, yüksek verim, yüksek gözeneklilik oranı, yüksek yüzey alanı gibi çok sayıda avantajı bulunmaktadır. Bu lignoselülozik maddelerin temel bileşenleri lignin, selüloz ve hemiselülozdur.Çalışmada lignin, selüloz ve hemiselülozun aktif karbon özelliklerine etkilerinin bulunması hedeflenmiştir. Bu amaçla önce farklı fosforik asit emdirme oranlarında mikrodalga enerjisi ile aktivasyon ve farklı sıcaklıklarda karbonizasyon yapılarak lignin, selüloz ve hemiselülozdan, daha sonra lignoselülozik hammaddelerin lignin, selüloz ve hemiselüloz içerikleri esas alınarak hazırlanan karışımlardan ve örnek olarak seçilen lignoselülozik hammadde olan çay atığına belirli oranda lignin, selüloz ve hemiselüloz eklenerek oluşturulan karışımlardan aktif karbon üretilmiştir.Yapılan çalışma sonucu saf bileşenlerden üretilen aktif karbonlarda en yüksek verim değerine ligninden üretilen aktif karbonda (%52) ulaşılmıştır. Lignin, selüloz ve hemiselüloz karışımlarından üretilen aktif karbonlarda en yüksek verim değeri domates yaprağı esas alınarak üretilen aktif karbonda % 40 olarak bulunmuştur. Çay atığına selüloz eklenerek üretilen aktif karbonun verimi ise % 41,59 dur. Çalışmada en yüksek yüzey alanı değerinin 2159 m2/g olarak hemiselülozdan 1/1 hammadde/fosforik asit oranında 5000C de üretilen aktif karbonda olduğu yapılan BET analizleri sonucunda görülmüştür. Karışımlardan üretilen aktif karbonlarda en yüksek yüzey alanı domates dalı esas alınarak üretilen aktif karbonda 1785 m2/g; çay atığına selüloz eklenen karışımda ise 1533 m2/g olarak bulunmuştur. Üretilen bütün aktif karbonlarda mezo gözenekliliğin baskın olduğu görülmüştür. Çalışmada aktif karbonların gözenek boyut dağılımları ve adsorpsiyon-desorpsiyon izotermleri yorumlanmıştır. Ayrıca saf hammaddelerin nem ve kül içerikleri bulunmuş, elementel, TGA ve FTIR analizleri ile üretilen aktif karbonların elementel, FTIR ve SEM analizleri yapılmış ve sonuçları değerlendirilmiştir.Şubat 2013, 138 sayfaAnahtar Kelimeler: Aktif karbon, lignin, selüloz, hemiselüloz, lignoselüloz, mikrodalga enerjisi, karbonizasyon, Çay Atığı

Abstract:
The need of adsorbents in the world and in Turkey increases by time. As a consequence new technologies have been developed due to high quantity activated carbon requirements. Today the most popular one of these technologies is the production of activated carbon from lignocellulosic raw materials due to their cost- effective, environmental and utilisation advantages. Chemical properties of the components make more important these lignocellulosic materials. Fairly high carbon content, lower ash content and environmental damage and economic suitability are the advantages of lignocellulosic materials as raw materials. When these raw materials are converted into the activated carbons, they give high yield solids with high surface area and porosity. Lignin, cellulose and hemicellulose are major constituents of lignocellulosic materials.The aim of this study is to identify the effects of lignin, cellulose and hemicellulose on the properties of the final activated carbon product. For this purpose, lignin, cellulose and hemicellulose were used at various impregnation ratios in presence of microwave energy pre-treatment and the pre-treated samples were carbonised at different temperatures under nitrogen atmosphere. Following this, the mixture of lignin, cellulose and hemicellulose, that was considered the ratios in lignocellulosic raw material content, was used in the production of activated carbon production. The waste tea, which was chosen an example precursor, was mixed with certain amounts of lignin, cellulose and hemicellulose and the mixture was used to produce activated carbon.The highest yield (52 %) was obtained from the raw lignin as precursor. The highest yield was about 40 % when the mixture of lignin, cellulose and hemicellulose was used as precursor which was based on the contents of tomato leafs. The yield was 41.59% for the waste tea and cellulose combination. The highest BET surface area (2159 m2/g) was obtained from pure hemicellulose that was prepared at 1/1 impregnation ratio and carbonised at 500 ºC. When the mixture (which was based on the tomato stems) is considered, the highest surface area was 1785 m2/g. When a known amount of cellulose was added to the waste tea and the activated carbon surface area was 1533 m2/g. The activated carbons produced were mesopore rich materials. The activated carbons were interpreted in terms of adsorption-desorption isotherms, pore size distributions, elemental analysis, FTIR and SEM analyses. The raw materials were also characterised using moisture, ash, elemental, TGA and FTIR analysis techniques.February 2013, 138 pagesKey Words: Activated carbon, lignin, cellulose, hemicellulose, lignocellulose, microwave energy, carbonization, tea waste