Borik asit takviyeli biyokömür üretiminde torrefaksiyon koşullarının tepki-yüzey metodolojisi ile belirlenmesi ve aktif biyokömürün fenol gideriminde değerlendirilmesi
Determination of torrefaction conditions in boric acid reinforced biochar production by response surface methodology and evaluation of activated biochar forphenol removal
Yazar: MURAT TAŞKIN
Danışman: PROF. DR. ESİN VAROL
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Biyokömür = Biochar ; Borik asit = Boric acid

Özet:
Artan nüfus ile birlikte artan gıda talebinin karşılanması, tarıma elverişsiz
toprakların değerlendirilmesi ve atık sular aracılığıyla toprakta biriken organik
kirleticilerin zararlarının en aza indirilmesi son yıllarda dikkat çeken araştırma
konularının başında gelmektedir. Biyokütle dönüşüm teknolojileri ve ürünleri söz
konusu sorunların çözümünde önemli rol oynamaktadır.
Bu çalışmada, bor eksikliği olan topraklarda kullanılmak üzere borik asit ile
takviye edilmiş biyokömür üretiminin optimizasyonu ve atık sulardan fenol
gideriminde kullanılmak üzere su buharı ile aktive edilmiş biyokömür üretimi
amaçlanmıştır. Biyokütle kaynağı olarak orman endüstrisi atığı olan kayın ağacı
talaşı seçilmiş olup, 500oC'de piroliz uygulanmıştır. Biyokömüre farklı oranlarda
borik asit (0,25-1,00 gg-1) emdirilmesinin ardından, 30-120 dk bekleme süreleri ve
160-240 °C sıcaklıklarda torrefaksiyon uygulanarak, en yüksek verim ve elementel
karbon içeriğine sahip ürün elde edilen çalışma koşullarının belirlenmesi amacıyla
istatistiksel deney tasarım yöntemlerinden biri olan Box-Behnken deney tasarımı
kullanılmıştır. Üç faktörlü Box-Behnken tasarımına göre 160 oC torrefaksiyon
sıcaklığı, 75 dk bekleme süresi ve 0,25 borik asit /biyokömür emdirme oranında en
yüksek biyokömür verimi ve elementel karbon içeriği sırasıyla %91,5 ve %83,76
olarak elde edilmiştir. Çalışmanın son aşamasında ise, toprakta atık sular nedeniyle
birikim yapabilecek fenol kirliliğinde adsorban işlevi görecek gözenek yapısı
iyileştirilmiş / aktifleştirilmiş biyokömür üretimi için biyokömüre 550oC'de 15 dk
bekleme süresince su buharı aktivasyon işlemi yapılmıştır. Sürekli adsorpsiyon
denemelerinde; 30 ppm başlangıç derişimi, 2 ml/dk akış hızı ve 3,5 cm aktifleştirilmiş biyokömür yatak yüksekliğinde fenol giderimi yaklaşık %28 olarak
bulunmuştur.
Orman endüstrisi atığı olan kayın ağacı talaşının çevre dostu karbonlu
malzemelerin üretiminde hammadde kaynağı olarak tercih edilmesinin uygun
olacağı belirlenmiştir. Termokimyasal dönüşüm işlemleri sonucunda üretilen
biyokömürün, doğrudan ya da uygulanacak iyileştirme basamaklarının ardından
toprak düzenleyicisi ya da adsorban olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Meeting the increasing food demand with the increasing population, making
use of unsuitable lands for agriculture, minimizing the harms of organic pollutants
accumulating in the soil through wastewater are the leading research topics that
have attracted attention in recent years. Biomass conversion technologies and
products play an important role in solving these problems.
This study, it was aimed to optimize the production of boric acid
supplemented biochar for use in boron-deficient soil and to produce activated
biochar with steam to be used in phenol removal from wastewater. Beechwood
sawdust, which is a waste of the forest industry, was chosen as the biomass source,
and pyrolysis was applied at 500oC. To determine the working conditions in which
the product with the highest yield and elemental carbon content is obtained by
applying torrefaction at temperatures of 160-240 °C and 30-120 minutes residence
times after the biochar is impregnated with different ratios of boric acid (0.25-1.00
gg-1
), Box-Behnken experimental design, which is one of the statistical

experimental design methods, was used. According to the three-factor Box-
Behnken design, the highest biochar yield and elemental carbon content were

obtained as 91.5% and 83.76%, respectively, at 160 oC torrefaction temperature, 75
min residence time, and 0.25 boric acid/biochar impregnation ratio. In the last stage
of the study, water vapor activation was applied to the biochar for 15 minutes at
550oC for the production of activated biochar with an improved pore structure that
will act as an adsorbent in phenol pollution that may accumulate in the soil due to
wastewater. In continuous adsorption studies; phenol removal was found to be
approximately 28% at an initial concentration of 30 ppm, a flow rate of 2 ml/min,
and a bed height of 3.5 cm of activated biochar.
It has been determined that it would be appropriate to prefer beechwood
sawdust, which is a forest industry waste, as a raw material source in the production
of environmentally friendly carbonaceous materials. It has been concluded that the
biochar produced as a result of thermochemical conversion processes can be used
as a soil conditioner or adsorbent directly or after the improvement steps.