Mikrodalga enerji ile kimyon bitkisinden aktif karbon üretimi ve karakterizasyonu
Preparation and characterisation of activated carbon from cumin straw by microwave energy
Yazar: RUKİYE YAŞAR
Danışman: DOÇ. DR. EMİNE YAĞMUR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında tarımsal bir atık biyokütle olan kimyon bitkisinden gözenekli katı madde üretilmesi amaçlanmıştır. Kimyasal aktivasyon aracı olarak gözenekliliği artırdığı bilinen ve yanmaya karşı yüksek dirence sahip  fosforik asit (H3PO4) kullanılmıştır. Aktif karbon üretiminde en önemli aşama olan karbonizasyon işlemi için geleneksel ısıtma yöntemleri yaygın kullanıma sahip olmasına rağmen enerjiden ve zamandan tasarruf etmek için doğrudan mikrodalga enerjisi uygulanarak karbonizasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Aktif karbon üretiminde çeşitli parametrelerin etkileri belirlenerek en uygun üretim koşulları belirlenmeye çalışılmıştır. Mikrodalga enerjisi ile aktif karbon üretiminde farklı mikrodalga güçlerde (100 ila 1000 W arasında), farklı kütlece H3PO4/kimyon atığı oranlarında (1:1, 2:1, 3:1), farklı sürelerde (5, 10, 20 dk) çalışılmış ve her bir parametrenin üretilen aktif karbonun özelliklerine etkisi belirlenmiştir. Üretilen aktif karbonların karakterizasyonu amacıyla yüzey alanı ve gözenek boyut dağılımı, elementel, FTIR ve SEM analizleri yapılmıştır. Ayrıca seçilen bazı aktif karbonların adsorpsiyon kapasitelerini belirleyebilmek için metilen mavisi ve fenol adsorpsiyonları gerçekleştirilmiştir.
Sonuç olarak; mikrodalga enerjisinin aktif karbon üretiminde zaman ve enerji tasarruf sağladığı, kimyasal aktivasyon aracı oranı, güç ve süre parametrelerinin üretimi farklı yönlerden etkilediği gözlenmiştir. Çalışmada yüksek güçte (1000 W) 5 dk gibi kısa bir sürede  >1000 m2/g yüksek yüzey alanına, % 90 mezo gözenekliliğe, % 82 karbon içeriğine sahip aktif karbonlar üretilmiştir. Üretilen aktif karbonların fenol adsorpsiyonunda Freundlich, metilen mavisi adsorpsiyonunda Langmuir adsorpsiyon modeline uyduğu belirlenmiştir. Böylece atık biyokütleden düşük maliyetli aktif karbon üretimi için mikrodalga enerjisinin uygun bir yöntem olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to produce porous solid from cumin plant which is an agricultural waste biomass. Phosphoric acid (H3PO4), which is high fire-resistance chemical and known as porousness increaser, was used in chemical activation. However commercial heating methods are commonly used in carbonization which is the most important step of activated carbon production process, carbonization was made with applying direct microwave energy in order to save energy and time. The effects of various parameters of activated carbon production process were investigated to determine the most convenient conditions of production process. In activated carbon production with microwave energy different power (100 to 1.000 W), various mass ratio of H3PO4/cumin waste (1:1, 2:1, 3:1) and time (5, 10, 20 min.) was studied and the effect of each parameter on the properties of the active carbon produced is determined. Surface area, pore size, particle size distribution, elemental analysis, FTIR and SEM analysis were made to characterize produced activated carbon. The adsorption capacity of the AC was investigated by aqueous solution methylene blue and phenol.
In conclusion, it can be seen from this study that microwave energy provide energy and time savings, the parameters of chemical activation agent mass ratio, power and time parameters effects the process in different ways and this study at the high power (1000 W) activated carbon with >1000 m2/g high surface area, mesoporous volume (%90), carbon rate (%82) and adsorption capacity can be produced in such a 5 min. short time.In the phenol adsorption of the activated carbons produced, Freundlich was found to be in Langmuir adsorption model in methylene blue adsorption. In this way agricultural waste biomass has been achieved as a suitable method of microwave energy for low cost activated carbon production.