Okaliptus kök odunundan hidrotermal ve piroliz karbonizasyon yöntemleriyle aktif karbon üretimi
Activated carbon production from eucalyptus root wood by hydrothermal and pyrolysis carbonization methods
Yazar: AYŞEGÜL APAYDIN
Danışman: DOÇ. DR. ERTUĞRUL ALTUNTAŞ
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Granüler aktif karbon = Granular activated carbon

Özet:
Bu çalışmada, aktif karbon elde etmek için hammadde olarak ülkemizde Tarsus-Karabucak bölgesinde yetiştirilen okaliptüs ağacının (Eucalyptus grandis) kök odunları kullanıldı. Ülkemizin odun hammaddesi taleplerine büyük katkı sağlayan okaliptüs ağacının (Eucalyptus grandis), orman ürünleri sanayisinde kullanımından sonra kök odunları atık olarak kalmaktadır. Tarsus-Karabucak bölgesinden temin edilen okaliptüs kök odunları laboratuvarda öğütüldü. Kök odunu atıkları belirli boyut aralıklarında numuneler elde etmek için eleme işlemi gerçekleştirildi. Eleme işleminden sonra 40 meshlik eleğin üzerinde kalan numuneler kullanıldı. Elde edilen okaliptüs kök odunu talaşları hidrotermal ve piroliz karbonizasyon yöntemleri kullanılarak iki aşamada aktif karbon üretimi gerçekleştirildi. Birinci aşama olan hidrotermal yöntemde numuneler saf su ortamında yüksek basınç ve 200 ve 225 ˚C sıcaklıkta kapalı otoklav sisteminde 24 saat tutularak karbonlaştırma işlemi gerçekleştirildi. İkinci aşamada numuneler H3PO4 (fosforik asit) ve KOH (potasyum hidroksit) ile 1:1 oranında karıştırılarak 24 saat bekletilerek kimyasal aktivasyon işlemi gerçekleştirildi. Sonrasında hazırlanan numuneler proliz aşamasında 400, 500, 600 ve 700 ˚C sıcaklıklarında azot ortamında 30 dakika bekletilerek karbonizasyon işlemi tamamlandı. Piroliz işlemlerinden sonra numunelerin pH'ı nötr oluncaya kadar saf su ile yıkama işlemi yapıldı ve numunelerden kimyasal maddelerin uzaklaştırılması sağlandı. Elde edilen aktif karbon numunelerinin verim hesabı yapılarak Brunauer -Emmett - Teller (BET), taramalı elektron mikroskobu (SEM), elementel analizi ve attenuated total reflection-fourier transform infrared (ATR FT-IR) teknikleri kullanılarak karakterize edilmiştir.
Elde edilen sonuçlara göre H3PO4 kimyasalı kullanılarak üretilen aktif karbonların daha yüksek yüzey alanı ve gözenek hacmine sahip olduğu belirlendi. Fosforik asit ile kimyasal aktivasyon işlemi kullanılarak 400 ve 600 ˚C sıcaklıklarda üretilen aktif karbonların yüzey alanı 1074 ve 1069 m2/g olarak elde edildi. Elde edilen SEM görüntülerinde aktif karbonların yüksek poroziteye sahip olduğu anlaşıldı. Elementel analiz sonuçları incelendiğinde sıcaklığın arttıkça oksitlenmiş fonksiyonel grupların azaldığı anlaşıldı. Sonuç olarak okaliptüs kök odunu odunlarından hidrotermal ve kimyasal aktivasyon ile piroliz yöntemleri uygulanarak yüksek gözenek ve yüksek yüzey alanlarına sahip aktif karbonlar üretildi. Orman atıkların değerlendirilmesi ve katma değeri yüksek ürünlere dönüştürülmesi konusunda önemli bir çalışma olmuştur. Elde edilen malzeme birçok alanda atıkların uzaklaştırılması amacıyla kullanılabilir.

Abstract:
In this study, the root wood of the eucalyptus tree (Eucalyptus grandis) grown in the Tarsus-Karabucak region was used as raw materials to obtain activated carbon. The eucalyptus tree makes a great contribution to the wood raw material demands in our country and the root wood of the eucalyptus tree remains as waste after its use in the forest products industry. Eucalyptus root woods obtained in the Tarsus-Karabucak region were ground. Then the ground root woods were sized in the laboratory.  Wood flour remaining on a 40 mesh sieve was used in the production of activated carbon. The active carbons produced in this study were produced in two stages using hydrothermal and pyrolysis methods. In the hydrothermal method, the samples were kept at 200 and 225 ˚C in a closed autoclave system for 24 hours, under the effect of high pressure and temperature in a pure water environment, and the carbonization process was carried out. The samples obtained were mixed with H3PO4 (phosphoric acid) and KOH (potassium hydroxide) in a ratio of 1: 1 and kept for 24 hours and a chemical activation process was carried out. Subsequently, the samples prepared were kept in a nitrogen environment at 400, 500, 600 and 700 ˚C temperatures for 30 minutes in the pyrolysis phase, and carbonization was carried out. After the pyrolysis processes, the samples were washed with distilled water until the pH neutral and the chemical substances in the samples were removed. The obtained activated carbon samples were characterized using scanning electron microscopy (SEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET), Fourier transform infrared (FT-IR), and elemental analysis techniques.
According to the results, it was determined that activated carbons produced using H3PO4 chemical have the higher surface area and porosity. Using the chemical activation process with H3PO4, the surface area of the activated carbons produced at 400 and 600 ˚C temperatures was obtained as 1074 m2/g and 1069 m2/g respectively. In the SEM images obtained, it was understood that activated carbons have high porosity. When the elemental analysis results were examined, it was understood that the oxidized functional groups decreased as the temperature increased. As a result, activated carbons with high porosity and high surface areas were produced from eucalyptus root wood by applying hydrothermal and chemical activation and pyrolysis methods. It has been an important study on the utilization of forest wastes and their transformation into products with high added value. The obtained activated carbon materials can be used for the removal of wastes in many areas.