Farklı organik atıklardan zift esaslı karbon fiber üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterisation of pitch based carbon fiber from different organic wastes
Yazar: GAMZENUR ÖZSİN
Danışman: PROF. DR. AYŞE EREN PÜTÜN
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada biyokütle, polimer ve petrol rafinerisi atıkları kullanılarak zift esaslı
karbon fiber üretimi araştırılmış olup, yürütülen çalışma üç aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk
aşamada TGA/MS/FT-IR kullanılarak iki farklı biyokütle örneğinin (ceviz kabuğu ve şeftali
çekirdeği) ve farklı polimerlerin (PET, PS ve PVC) pirolizi ve biyokütle/polimer karışımlarının
birlikte pirolizi yapılmıştır. Pirolitik aktivasyon enerjileri farklı eş-dönüşüm yöntemleriyle
hesaplanmış ve bozunma sırasında açığa çıkan gazlar belirlenmiştir. İkinci aşamada, sabit
yataklı reaktörde piroliz çalışmaları yürütülmüş olup, ürün verimi ile özelliklerine sıcaklık ve
birlikte pirolizin etkisi incelenmiştir. Son aşamada ise zift esaslı karbon fiber üretimi
araştırılmıştır. Bu amaçla, katranların pirolizlenmiş fuel oil (PFO) ile oligomerizasyonu
bromlama/dehidrobromlama işlemi ile gerçekleştirilmiş ve katran özelliklerinin, karışma
oranının ve brom miktarının etkileri belirlenmiştir. Ardından, aynı yumuşama noktasına sahip
ziftler farklı katranlar kullanılarak sentezlenmiş ve karbon fiber üretimi gerçekleştirilmiştir.
Eriyik çekme, stabilizasyon ve karbonizasyon işlemleri sonrasında, üretilen karbon fiber
özellikleri, ziftlerin yumuşama noktasından bağımsız olarak karşılaştırılmıştır. Karakterizasyon
sonuçları, karbon fiberlerin çekme dayanımı ve elastik modülünün zift üretiminde kullanılan
hammaddelerin yapısına bağlı olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, biyokütle, polimer ve
petrol rafineri atıkları kullanılarak genel amaçlı karbon fiber üretiminde çevre dostu, alternatif
bir yöntem sunulmuştur.

Abstract:
In this study, pitch based carbon fiber production was investigated by using biomass,
polymer and petroleum refinery wastes and the study was carried out through three stages. In
the first step, pyrolysis of two different biomass samples (walnut shell and peach stone) and
different polymers (PET, PS and PVC) together with co-pyrolysis of biomass/polymer mixtures
were performed using TGA/MS/FT-IR. Pyrolytic activation energies were calculated by
different iso-conversional methods and the gases evolved during decomposition were
determined. In the second stage, pyrolysis was performed in a fixed bed reactor and effects of
temperature and co-pyrolysis on product yields and properties were investigated. In the last
step, production of pitch based carbon fiber production was investigated. To this end, hybrid
pitches were produced by oligomerization of tars with pyrolysed fuel oil (PFO) using
bromination/dehydrobromination process and effects of tar characteristics, blending ratio and
bromine amount were determined. Then, pitches with the same softening point were
synthesized from different tars and then carbon fiber production was carried out. After melt
spinning, stabilization and carbonization, properties of the produced carbon fibers were
determined apart from the softening points of the pitches. The characterization results show that
tensile strength and elastic modulus of the carbon fibers depend on the structure of the raw
materials used in pitch production. As a result, an environmentally friendly, alternative method
for the production of general purpose carbon fiber using biomass, polymer and petroleum
refinery waste is demonstrated.