Zeytin çekirdeğinden aktif karbon üretimi
Activated carbon production from olive stone
Yazar: GÜLSÜM KARAKAŞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NESLİHAN DURANAY
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Aktif karbon, karbon içeren maddelerin aktivasyonundan elde edilen son üründür ve %72-90 oranında karbon içermektedir. Aktif karbonlar, insan sağlığına zararsız, kullanışlı ürünler olup oldukça yüksek gözenekliliğe ve iç yüzey alanına sahiptirler. Endüstride aktif karbon, sıvılar ve gazların saflaştırılması veya ayrıştırılmasında adsorbent ve katalizör veya katalizör destek maddesi olarak kullanılmaktadır. Ayrıca lignoselülozik biyokütleden üretilen aktif karbon kömür gibi fosil yakıtların yerine kullanılarak küresel ısınmanın etkilerinin azaltılması için çalışmalar da yapılmaktadır.
Aktif karbonun özellikleri üretildikleri kaynağa göre değişir ve yüksek karbon içeriğine sahip hemen her organik maddeden üretilebilir. Hammaddenin fiziksel özellikleri ve kimyasal bileşimi, ayrıca kullanılan aktivasyon yöntemi ve işlem şartları gözenek boyut dağılımı ve üretilen aktif karbonun özelliklerini belirler. Genellikle karbon içeriği yüksek ve ucuz maddeler aktif karbon üretiminde tercih edilmektedir.
Zeytin dünya çapında üretimi en fazla yapılan meyvedir ve Akdeniz ülkelerinde oldukça yaygındır. En fazla üretim yapan ülkeler Akdeniz ve Ortadoğu'da bulunmaktadır. Toplam zeytin üretiminin % 99'u bu bölgede gerçekleştirilmektedir. Türkiye sofralık zeytin üretiminde de İspanya'dan sonra 2'nci, tüketimde ise 1'inci sırada yer alır. Türkiye'de yılda 350 bin tondan daha fazla zeytin çekirdeği üretilmekte fakat zeytin çekirdeği çok ucuza yakıt olarak kullanılmaktadır. Zeytin çekirdeği yakacak olarak kullanılması yerine aktif karbona dönüştürerek atık sulardan boyar maddelerin giderilmesinde kullanılması ile hem çevrenin korunması ve hem de çok tüketilen bir
VII
adsorbanın yerli kaynaklardan sağlanmış olması ile ülke ekonomisine önemli katkıda bulunması sağlanacaktır.
Zeytin çekirdeği hemiselüloz, selüloz ve ligninden oluşan bir lignoselülozik maddedir ve aktif karbon üretimine elverişlidir. Elde edilen aktif karbonun adsorpsiyon kapasitesi yüksek ve dayanıklı oluşu gelecekteki çevre koruma çalışmalarında kullanılması yönünde avantaj sağlamaktadır.
Ülkemiz için önemli bir endüstriyel ürün olan zeytinin işlenmesi sonucu atık olarak kalan çekirdek değerli bir biyokütle kaynağıdır. Sunulan çalışmada amaç, kahvaltılık olarak hazırlanan taze zeytinden elde edilen çekirdeklerden aktif karbon üretilmesidir. Üretiminde kimyasal ajan olarak ZnCl2 ve K2CO3 kullanıldı. Aktivasyon işlemi yatay bir sabit yatak sisteminde ve azot atmosferinde gerçekleştirilmiştir. Elde Edilen aktif karbonun yapısal özelliklerine üretim yönteminin etkisi araştırılmıştır. Aktif karbon elementel analiz, proximate analiz, ısıl değer, BET, SEM, FTIR ve TGA teknikleri ile karakterize edildi. Ayrıca hazırlanan aktif karbonun metilen mavisi adsorpsiyon kapasitesi incelendi. Sıcaklık, pH ve adsorban dozu gibi farklı parametrelerin adsorpsiyon verimine etkileri araştırıldı.
Aktifleştirme işlemi sonrasında numunelerin karbon oranı ve üst ısı değerlerinin arttığı tespit edildi. Ham numune ve aktif karbonların yüzey topoğrafyasında belirgin fark olduğu görüldü. Farklı metotlarla üretilen aktif karbonlarda gözenekli yapı oluştuğu tespit edildi.
Aktivasyon yönteminin ürün verimi ve özelliklerini etkilediği tespit edildi. ZnCl2 ile aktifleştirilmiş zeytin çekirdeğinin BET yüzey alanı (747.35 m2/g) ve aktivasyon verimi (%31.25) daha yüksek bulundu. K2CO3 ile aktive edilmiş numunenin BET yüzey alanı artarken, ürün veriminin azaldığı görüldü. Ayrıca ZnCl2 emdirilerek üretilen aktif karbonun daha fazla gözenekli bir yapıya sahip olduğu tespit edildi. En yüksek adsorpsiyon verimi ZnCl2 ile aktive edilen numunede elde edildi. ZnCl2 ile hazırlanan aktif karbonun metilen mavisi adsorpsiyon kapasitesi %98 olarak belirlendi.
Sonuç olarak uygun şartlarda ZnCl2 kullanılarak, zeytin çekirdeğinden yüksek kalitede ve verimde aktif karbon üretilebileceği tespit edildi.
Anahtar Kelimeler: Aktif karbon, zeytin çekirdeği, ZnCl2, K2CO3, adsorpsiyon.

Abstract:
Activated carbon is the last product obtained from the activation of carbon-containing materials and contains 72-90% carbon. Activated carbons are useful products that are harmless to human health and have a very high porosity and internal surface area. Active carbon is used as adsorbent and catalyst or catalyst support material in purification or separation of liquids and gases. Additionally, there have been studies done to reduce the effect of global warming by using the active carbon produced from lignocellulosic biomass in place of fossil fuels like coal.
Activated carbon is defined by its properties as well as by its source, and it can be produced from almost any organic substance with high carbon content. The physical properties and the chemical composition of the precursor, as well as the methods and process conditions employed for activation, determine the final pore size distribution and the adsorption properties of the activated carbon. In general inexpensive carbonaceous materials are prefered as starting materials for the production of activated carbon
Olive is the most produced fruit in the worldwide and it is very common in Mediterranean countries. Maximum production is in the Middle East and Mediterranean countries. 99% of total olive production is occurring in this region. Turkey takes 2nd place after Spain in the production of table olives, and takes 1st place in consumption. In Turkey, olive stone is produced more than 350 thousand tons per year, but olive stone is used as a fuel for much cheaper prices. The transformation of olive stone to activated carbon and using it in the elimination of dyes from waste water instead of using olive as fuel will help
IX
both to protect environment and to provide a very consumed adsorbent from domestic sources. This also will make a significant contribution to the country's economy.
Olive stone is a lignocellulosic material that is composed of hemicellulos, cellos and lignin and it is suitable to produce active carbon. The fact that the high adsorption capacity and durability of the obtained activated carbon provide advantageous in terms of its usage for environmental protection in the future.
The olive stone which remains as waste after processing olive which is a very important industrial product in our country is a valuable biomass source. In the presented study, the aim is to produce active carbon from olive stone obtained from fresh olives prepared for breakfast. ZnCl2 and K2CO3 were used as chemical agents in the study. The activation process was carried out in a horizontal fixed bed system and in a nitrogen atmosphere. The effect of the production method on the structural properties of the activated carbon was investigated. Active carbon was characterized by elemental analysis, proximate analysis, heat value, BET, SEM, FTIR and TGA techniques. In addition, a methylene blue adsorption capacity of prepared activated carbons was investigated. The effect of different parameters such as temperature, pH and adsorbed dose on adsorption efficiency was determined.
It was determined that the carbon content and the higher heat values of the samples increased after the activation process. It was observed that there was a significant difference in the surface topography of the raw sample and active activated carbons. Porous structure was found in active carbon produced by different methods
It was determined that the activation method affected the product yield and properties. BET surface area (747.35 m2/g) and activation efficiency (31.25%) of olive stone activated by ZnCl2 was determined to be high. It was found that the BET surface area of the K2CO3-activated sample increased while the product yield decreased. It was also found that the activated carbon produced by ZnCl2 impregnating has a more porous structure.
The highest adsorption efficiency was obtained on the activated sample by ZnCl2. The adsorption capacity of methylene blue of active carbon prepared with ZnCl2 was determined as 98%.
As a result, it has been found that using ZnCl2 under suitable conditions, it is possible to produce activated carbon with high quality and efficiency from olive stone.
Key words: Activated carbon, olive stone, ZnCl2, K2CO3, adsorption.