Bor katkılı fındıkkabuğu biyokömürlerinin üretimi ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of boron- doped nutshell biochar
Yazar: BURÇAK AYDEMİR
Danışman: PROF. DR. AYTEN ATEŞ
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
"Biyokütle", rüzgâr, güneş gibi diğer yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir. Biyokütleden elde edilen biyokömürler,  sulardan organik ve inorganik kirleticilerin gideriminde adsorbent olarak kullanılabilir, toprak verimliliğini artırılabilmek için gübre olarak kullanılabilir, enerji kaynaklarında süperkapasitörlerde, sensörler, lityum türevli bataryalar gibi birçok alanda kullanılabilmektedir.
Yapılan bu yüksek lisans tez çalışmasında biyokütleden elde edilen bor katkılı/katkısız biyokömürlerin üretimi ve karakterizasyonu incelenmiştir. Biyokütle malzemesi olarak tarımsal atıklarımızdan biri olan ve bol miktarda bulunan fındıkkabuğu (FK) kullanılmıştır. FK kullanılarak biyokömür elde etmek için; bor katkılı ve katkısız, kimyasal ve fiziksel aktivasyonlu biyokömürler hazırlanmıştır. Tüm biyokömür üretimi 500 oC piroliz sıcaklığında N2 atmosferinde 1 saat sürede gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan örneklerin bir kısmı kimyasal aktivasyon ve mikrodalga (MW) ön işlemine tabi tutulmuştur. Kimyasal aktivasyon ajanı olarak fosforikasit (H3PO4) kullanılmıştır. Hazırlanan tüm örneklerin karakterizasyonu için BET, SEM, EDS, FT-IR, XRD, DSC analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen en yüksek yüzey alanı, bor katkısız H3PO4 ile aktive edilmiş FK biyokömür örnekleri için 1731 m2/g, bor katkılı FK biyokömür örneklerinde ise 947,9 m2/g olarak tespit edilmiştir.  Biyokömür örneklerinin çoğunun amorf yapıda olduğu, bor katkılı örneklerin ise bazılarının kristal yapıda olduğu XRD cihazı kullanılarak belirlenmiştir. SEM sonuçları,  yüzey alanı ve gözenek boyut dağılımı sonuçları birlikte değerlendirildiğinde, biyokütleye farklı bor bileşiklerinin (sodyum bor hidrür, borik asit ve bor nitrür) katkılanması ile birlikte aktivasyon koşulları (MW, ultrasound, asit aktivasyonu ve biyokömürün yıkama koşulları vb.) ile üretilen biyokömürlerin gözenek yapısı, yüzeyde oluşan fonksiyonel gruplar ve bileşimi kullanım alanına göre değiştirilebilmektedir. 

Anahtar kelimeler:Fındıkkabuğu, Bor bileşikleri, Biyokömür, Piroliz, Kimyasal aktivasyon, MW aktivasyonu

Abstract:
"Biomass" is one of the other energy sources such as wind and solar. Biomass-derived biochar can be used as an adsorbent to remove organic and inorganic pollutants from water, it can be used as a fertilizer to increase soil fertility, and it can be used in many applications such as power sources, supercapacitors, sensors, and lithium batteries.
In this master thesis, the production and characterization of biomass-derived boron containing/non-doped biochar was investigated. The biomass used was one of our agricultural wastes and an abundant hazelnut shell (FC). Chemically and physically activated biochar with and without boron addition was produced to obtain biochar from FK. All biochar production was carried out at a pyrolysis temperature of 500 °C in an N2 atmosphere for 1 hour. Some of the prepared samples were subjected to chemical activation and microwave pretreatment (MW). Phosphoric acid (H3PO4) was used as the chemical activating agent. BET, SEM, EDS, FT-IR, XRD and DSC analyzes were performed to characterize all prepared samples. The highest surface area obtained as a result of the experimental studies was 1731 m2/g for the H3PO4 activated FC biochar samples without boron addition and 947.9 m2/g for the FC biochar samples with boron addition. From the XRD results, most of the biochar samples had an amorphous structure, while some of the boron-added samples had a crystalline form. Based on the SEM results, the surface area and the pore size distribution shows that the doping of the biomass with different boron compounds (sodium borohydride, boric acid and boron nitride) and the activation conditions (MW, ultrasound, acid activation and washing conditions for biochar, etc.) can affect the pore structure, the functional groups formed on the surface and the composition of the biochar.

Key Words: Nutshell, Boron compounds, biochar, pyrolysis, chemical activation, Microwave activation