Atık lastiklerden aktif karbon eldesi ve boyar madde gideriminde kullanılması
Preparation of activated carbon from waste tire and its use for dye removal
Yazar: BURCU BALÇIK
Danışman: DOÇ. DR. EMİNE ELMASLAR ÖZBAŞ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında dünya üzerinde otomotiv sektöründeki gelişmelere bağlı olarak miktarı her yıl artmakta olan Ömrünü Tamamlamış Lastiklerden (ÖTL), ihtiva ettikleri yüksek enerji kapasitelerinden yararlanılarak değerlendirilebilir ürün elde edilebilirliği ve atıksu arıtımında kullanılabilirliği araştırılmıştır. 
Çalışmanın ilk aşamasında termokimyasal işlemler ile ömrünü tamamlamış lastiklerden aktif karbon elde edilebilirliği araştırılmıştır. Aktif karbon üretiminde ilk aşamada termal aktivasyondan önce granül haldeki ham lastikler 1:1 ve 1:2 emdirme oralarında KOH çözeltisinde yıkanmıştır. Kimyasal olarak aktive edilmiş atık lastikler daha sonra piroliz işlemini tabii tutulmuştur. Piroliz 700 0C'de 2 saat boyunca sürdürülmüştür. Reaktöre akış hızı 1 L/dk olan azot gazı (N2) verilerek reaktörde inert, oksijensiz bir ortamda sağlanmıştır. Termal işlemden sonra elde edilen yüksek enerji ihtiva eden sıvı-katı-gaz ürünlerinden katı madde (çar) aktif karbon olarak kullanılmıştır. 
SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu Analizi) , BET (Yüzey Alan Ölçümü), Elementel Analiz ve ısıl değer analizi yapılarak elde edilen aktif karbonların karakterizasyonu yapılarak, yapılarılarının aktif karbon olarak kullanılmaya uygun olup olamadığı incelenmiştir. Üretilen aktif karbonun SEM görüntüleri incelendiğinde polimerik yapıya sahip olan ham atik lastiğe göre aktivasyon sonrası gözenekli, girintili çıkıntılı bir yapıya sahip olduğu görülmüştür. 2-K adsorbanının yüzey alan ölçümü ise 2,945 m2/g olarak elde edilmiştir.
Çalışmanın ikinci aşamasında Metilen Mavisi boyasının üretilen 1-K ve 2-K aktif karbonların üzerine adsorpsiyonu çalışması yapılmıştır. Çalışmada üretilen aktif karbonun adsorpsiyon prosesi ile boyar madde gideriminde uygun bir adsorban olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. MM adsorpsiyonu çalışmasında adsorban miktarının, pH'ın, sıcaklığın ve temas süresinin etkisi incelenmiştir. Optimum verim elde edilen 2-K adsorbanı için pH=6,5, sıcaklık 30 0C, adsorban dozu 7,5 gr/L, temas süresi ise 30 dakika olarak bulunmuş; bu şartlar altında %83'lük boyar madde giderim verimi sağlanmıştır.  
Aktif karbonlar için adsorpsiyon mekanizmalarının daha iyi anlaşılabilmesi için izoterm, kinetik ve termodinamik çalışmaları yapılmıştır. 2-K adsorbanı ile yapılan adsorpsiyon çalışmasının Freundlich ve Temkin izotermlerine uygunluk gösterdiği; kinetik çalışmalarında ise yalancı ikinci derece kinetik modeline uyduğu görülmüştür. 10, 20, 30, 40 0C sıcaklıklar için yapılan termodinamik çalışmaları sonunda Gibbs serbest enerji değişimi (ΔG0) sırasıyla -30.88, -32.19, -33.54, -31.21 kj/mol; adsorpsiyon entalpisi (ΔH0) -7,017 kj/mol, adsorpsiyon entropisi ise (ΔS0) 0,0853 kj/molK olarak bulunmuştur. Adsorpsiyon sisteminin ekzotermik ve kendiliğinden gerçekleşen bir proses olduğu belirlenmiştir.
Yapılan termokimyasal ve adsorpsiyon çalışmaları sonunda ömrünü tamamlamış lastiklerden elde edilen aktif karbonun; ticari aktif karbon özelliklerine yakın yapıda olması, boyar madde adsorpsiyonunda iyi verim elde edilmiş olması ve atık lastiklerin geri kazanımında alternatif bir yöntem olması, çalışmanın büyük ölçeklerde de uygulabilir nitelikte olduğunu gösterdiği düşünülmektedir.

Abstract:
In this thesis study, evaluable product attainability and usability in wastewater treatment were investigated by taking advantage of the high energy capacities of the waste tires, which are increasing every year depending on the developments in the automotive sector in the world.
In the first phase of the study, thermochemical processes were used to investigate the attainability of active carbon from tires that have completed their lifetime. In the first stage of active carbon production, the granulated waste tires were first washed in KOH solution at 1:1 and 1:2 impregnation ratios prior to thermal activation. The two different impregnated waste tires obtained were then subjected to pyrolysis. (Chemically activated waste tires were then subjected to pyrolysis). Pyrolysis was carried out at 700 °C for 2 hours. The reactor was supplied in an inert, oxygen-free environment in the reactor by feeding nitrogen gas (N2) with a flow rate of 1 L/min. Among the liquid-solid-gas products containing high energy obtained after thermal treatment, solids (char) were used as active carbon.
Active carbon obtained by SEM (Scan Electron Microscope Analysis), BET (surface area measurement), elemental analysis and thermal value analysis were investigated and it was tried to understand whether the structures were suitable to be used as activated carbon or not. When SEM images of the produced active carbon were examined, it was found that the active carbon obtained after activation had a porous, recessed protruding structure compared to the raw waste tire having a polymeric structure. The surface area of the 2-K adsorbent was measured to be 2,945 m2/g by BET analysis.
In the second stage of the study, adsorption removal of methylene blue dye from synthetically prepared wastewater was investigated using 1-K and 2-K active carbons produced. It was investigated that the active carbon produced in the study can be used as an appropriate adsorbent for the removal of the colorant with the adsorption process. The effect of adsorbent amount, pH, temperature and contact time on adsorption process was investigated. For 2-K adsorbent in which optimum yield was obtained pH was 6,5, temperature was 30 °C, adsorbed dose was 7,5 gr/L, contact time was 30 minutes. Under these conditions, 83% dye removal yield was obtained.
Isotherm, kinetic and thermodynamic studies were carried out in order to better understand the adsorption mechanisms for active carbons. Adsorption studies with 2-K adsorbent showed compatibility with Freundlich and Temkin isotherms; kinetic studies showed a pseudo second order kinetic model. The Gibbs free energy change (ΔG0) at the end of the thermodynamic studies for 10, 20, 30, 40 °C temperatures were -30.88, -32.19, -33.54, -31.21 kJ/mole, respectively. Adsorption enthalpy (ΔH0) was found to be -7,017 kJ/mole, and adsorption entropy (ΔS0) was found to be 0,0853 kJ/mole.K. It was determined that the adsorption system is an exothermic and spontaneous process.
At the end of the thermochemical and adsorption studies carried out, it is considered that the study is applicable to large scale because active carbon obtained from the tire which has completed its lifetime is close to commercial active carbon properties and that it provided good efficiency in adsorption on the colorant and that it is an alternative method of recovery of waste tires.