Endüstriyel atıktan hidrotermal yöntemle hazırlanan fonksiyonel karbon malzemelerin çevre ve enerji uygulamalarında kullanılabilirliğin incelenmesi
Investigation of the usageability of functional carbon materials prepared from industrial waste with the hydrothermal method in environmental and energy applications
Yazar: MUHAMMED ŞUAYİP AKKUŞ
Danışman: DOÇ. DR. HASAN SAYĞILI
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Endüstriyel atıklar = Industrial wastes ; Hidrotermal = Hydrothermal ; Hidroçar = Hydrochar ; Optimizasyon = Optimization ; Süperkapasitör = Supercapacitor

Özet:
Bu yüksek lisans çalışmasının temelini yer fıstığı kabuklarından (YK) geçmişte kullanılan karbonizasyon yöntemlerine göre yeni bir alternatif olan hidrotermal karbonizasyon (HTK) yönteminden sürdürülebilir karbon malzemeler (SKM) üretmek, elde edilen karbon malzemelerin çevre ve enerji uygulamalarındaki performanslarını incelemek oluşturmaktadır. Bu yüzden, tarımsal atık üretimi fazlaca bulunan ve  elde edilmesi kolay olan YK'lar yeni tür SKM hazırlanmasında başlangıç maddesi olarak seçildi. YK'nın HTK'sına sıcaklık ve sürenin etkisi incelenerek optimizasyonu yapıldı. 180oC, 200oC, 240oC sıcaklık ve 6, 12, 24 saatlik sürelerde yapılan çalışmalar sonucunda elementel, enerji ve verim parametrelerine bağlı olarak 240oC sıcaklık ve 6 saatlik süre optimal değerler olarak tespit edildi. Optimal hidrokömür (YKHK) üretilip, optimum koşullarda manyetik hidrokömür kompozit (MYKHK) malzeme sentezlendi. YKHK ve MYKHK'nın yüzey foksiyonel gruplarını belirlemek için FT-IR spektrumları, morfolojik özelliklerini belirlemek için SEM analizleri, kristal özelliklerini incelemek için XRD analizleri ve CHNS yüzdelerini belirlemek için elementel analizleri yapıldı. Hazırlanan SKM'lerin adsorplama performansını incelemek üzere Metil oranj (MO) ve Metilen mavisi (MM) boyarmaddeleri adsorplanan olarak seçildi. YKHKve MYKHK ile yapılan adsorpsiyon çalışmaları sonucunda elde edilen bulguların Langmuir ve Freundlich izotermlerinden  Langmuir izoterm modeline uygunluğu belirlendi. Adsorpsiyon kapasitesileri  YKHK için MM ve MO sırasıyla 68.49 mg/g ve 25.58 mg/g olarak bulundu. MYKHK için MMve MO sırasıyla 48.31 mg/g ve 12.90 mg/g olarak bulundu. Ayrıca YKHK ve MYKHK'dan elektrotlar hazırlanarak oluşturulan elektrotların kapasitif performansları, dönüşümlü voltametri (CV) tekniği ile araştırıldı. Çalışmalar, Ag/AgCl (3,0 M) referans elektrota karşı 1 M Na2SO4 sulu çözeltisi içerisinde gerçekleştirildi.YKHKve MYKHK'dan elde edilen elektrotlar birbiri ile kıyaslandığında; MYKHK elektrotunun, 20 mVs-1 tarama hızında en yüksek kapasitif performansa (107-325 F g-1) sahip olduğu belirlendi. Bu çalışmayla, HTK ile üretilen YKHKve MYKHK fonksiyonel karbon malzemelerin yüksek adsorplama kapasiteleri ile çevre, segiledikleri elekrot performansları ile enerji uygulamalarına uygun birer malzeme oldukları sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The basis of this master's study is to produce sustainable carbon materials (SCM) from peanut shells (YK), using the hydrothermal carbonization (HTK) method, which is a new alternative to the carbonization methods used in the past, and to examine the performance of the carbon materials obtained in environmental and energy applications. Therefore, SCs, which have a large amount of agricultural waste production and are easy to obtain, were chosen as the starting material for the preparation of the new type of SCM. The effect of temperature and time on the HTK of YK was analyzed and its optimization was made. As a result of the studies carried out at 180oC, 200oC, 240oC temperatures and 6, 12, 24 hours, 240oC temperature and 6 hour time were determined as optimal values depending on the elemental, energy and efficiency parameters. Optimal hydrocoal (YKHK) was produced and magnetic hydrocoal composite (MYKHK) material was synthesized under optimum conditions. FT-IR spectra to determine surface functional groups of YKHK and MYKHK, SEM analyzes to determine morphological properties, XRD analyzes to examine crystal properties and elemental analyzes to determine CHNS percentages were performed. Methyl orange (MO) and Methylene blue (MM) dyestuffs were selected as adsorbed in order to examine the adsorbing performance of the prepared SCMs. It was determined that the findings obtained as a result of adsorption studies with YKHK and MYKHK were compatible with the Langmuir isotherm model, one of the Langmuir and Freundlich isotherms. The adsorption capacities of MM and MO for YKHK were found to be 68.49 mg/g and 25.58 mg/g, respectively. For MYCHC, MM and MO were found to be 48.31 mg/g and 12.90 mg/g, respectively. In addition, the capacitive performances of the electrodes created by preparing electrodes from YKHK and MYKHK were investigated with the cyclic voltammetry (CV) technique. Studies were carried out in 1 M Na2SO4 aqueous solution against Ag/AgCl (3.0 M) reference electrode. When the electrodes obtained from YKHK and MYKHK are compared with each other; It was determined that MYKHK electrode had the highest capacitive performance (107-325 F g-1) at a scanning rate of 20 mVs-1. In this study, it was concluded that YKHK and MYKHK functional carbon materials produced with HTK are suitable for environmental applications with their high adsorption capacities, and for energy applications with their electrode performances.