Linyit ve biyokütle karışımından aktif karbon üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of activated carbon from mixture of lignite and biomass
Yazar: MUSTAFA ERDEM AKBULUT
Danışman: DOÇ. DR. EMİNE YAĞMUR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Geniş bir uygulama alanı olan aktif karbonlar genellikle karbonca zengin kömür veya biyokütleden üretilmektedir. Bu çalışma kapsamında ise aktif karbonlar farklı oranlarda karıştırılmış kömür ve biyokütle karışımlarından üretilmiştir. Kömür olarak Soma linyiti, biyokütle olarak da çay fabrikası atıkları kullanılmıştır. Aktif karbon üretiminde kimyasal aktivasyon aracı olarak fosforik asit seçilmiştir. Farklı oranlarda karıştırılmış linyit ve biyokütle atıklarına fosforik asit ilave edilmiş (Hammadde/H3PO4: 1/2), karışım mikrodalga ön işleminin ardından 450 °C sıcaklıkta inert ortamda karbonize edilmiştir. Karıştırma oranı üzerine sıcaklığın etkisini inceleyebilmek için üç farklı karıştırma oranı 400 °C, 450 °C ve 500 °C sıcaklıklarda karbonize edilmiştir. Fosforik asit emdirme oranı bütün deneylerde 1/2 (Hammadde/H3PO4) olarak kullanılmıştır. % 50 çay atığı ve % 50 linyit karışımından üretilen aktif karbon özelliklerine emdirme oranının etkisini incelemek için üç farklı emdirme oranında da aktif karbon üretimleri gerçekleştirilmiştir. Üretilen tüm aktif karbonların yüzey alanları, gözenek boyut dağılımları incelenmiş, elementel, SEM ve FTIR analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca % 50 çay atığı ve % 50 linyitten üretilen aktif karbonların metilen mavisi adsorpsiyonu gerçekleştirilmiş ve adsorplama kapasitesi belirlenmiştir. 
Sonuç olarak; biyokütle-linyit karışımından aktif karbon üretiminde, linyit oranı arttıkça verim artmış, yüzey alanı ise azalmıştır. Linyit miktarında artış olması üretilen aktif karbonların mikro gözenekliliğini artırmıştır. Sıcaklık etkisinin incelendiği üç farklı karıştırma oranında ise       450 °C'de en yüksek yüzey alanları elde edilmiştir. % 50 çay atığı ve % 50 linyit karışımından üç farklı emdirme oranında aktif karbon üretilmiş ve 1/2 (Hammadde/H3PO4) oranında en yüksek yüzey alanı elde edilmiştir. % 50 çay atığı ve % 50 linyit karışımından 400 °C'de üretilen aktif karbonun gözenek çaplarının özellikle 1-5 nm aralığında yoğunlaştığı gözlenmiştir. Aktif karbonların gözenek boyut dağılımları kullanım yerlerini belirlediğinden, istenilen gözenek yapısına sahip aktif karbon üretmek için karışımda biyokütle veya linyit oranını değiştirmek gözenek boyut dağılımının kontrol edilebilmesine olanak sağlamaktadır. Ayrıca % 50 çay atığı ve % 50 linyit karışımından 450 °C'de üretilen aktif karbonun metilen mavisi adsorpsiyonunun Langmuir izotermine uyduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Activated carbons which have a wide range of applications are generally produced from carbon-rich biomass and coal.  In this study, activated carbon was produced from coal and biomass mixture in different ratios. Soma lignite was used as coal and wastes of tea factories were used as biomass. Phosphoric acid was chosen as chemical activation agent for production of the activated carbon. Phosphoric acid was added to the lignite and biomass waste mixture in different ratios (Raw material/H3PO4: 1/2). After the microwave pretreatment, the mixture was carbonized at 450 °C temperature in inert atmosphere. Mixture of three different rates to examine the effect of temperature on the mixing ratio was carbonized at different temperatures (400 °C, 450 °C and 500 °C). Phosphoric acid impregnation ratio was chosen as 1/2 (Raw Material/H3PO4) for all experiments. In order to examine the effects of impregnation rations over the activated carbon, which had 50 % waste tea and 50 % lignite, the activated carbon was produced at three different impregnation ratios. The specific surface area and pore size distributions of the samples were determined and activated carbons were characterized using elemental analysis FTIR and SEM. Adsorption isotherm of the methylene blue (MB) on the activated carbon produced from 50 % waste tea and 50 % lignite mixture was determined and correlated with common isotherm equations. 
As a result, yield of produced activated carbon from biomass-lignite mixture increased with increasing amount of lignite, but surface areas of produced activated carbon decreased. The increasing amount of lignite in the mixture increased the micro porosity of the activated carbon.  After examining the effects of the temperature for different mixture ratios, it was seen that the large surface area was obtained at 450 °C. After examining the effects of impregnation ratio for 50 % waste tea and 50 % lignite mixture, it was seen that the large surface area was obtained at 1/2 (Raw Material/H3PO4) rate. It was observed that the pore size of the activated carbon, which was produced of 50 % tea waste and 50 % lignite mixture at 400 °C, was especially intensified in 1-5 nm intervals. Since the pore size distribution determines the usage area of activated carbon, in order to produce the desired pore structure, changing the mixture rate of biomass and lignite allows controlling the pore size distribution. Additionally, it was determined that the metyhlene blue adsorption of activated carbon produced of 50 % waste tea and 50 % lignite mixture at 450 0C well fitted to the Langmuir isotherm.