Tarımsal atıktan (şeftali çekirdeği) üretilen modifiye aktif karbonun adsorpsiyon prosesindeki etkinliğinin araştırılması
Investigation of the effectiveness of modified activated carbon produced from agricultural waste (peach stone) in adsorption process
Yazar: CANAN ŞAMDAN
Danışman: PROF. DR. İLKNUR DEMİRAL
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Aktif karbon = Activated carbon ; Ağır metal giderimi = Heavy metal removal ; Yüzey modifikasyonu = Surface modification

Özet:
Bu tez çalışmasında, şeftali çekirdeğinden fosforik asit (H3PO4) kullanılarak kimyasal aktivasyon yöntemiyle aktif karbon üretimi (AC) ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Aktif karbon üretimi öncesinde, şeftali çekirdeği kabuğunun kaba analizi, yapısal bileşenleri, yüzey karakterizasyonu, termogravimetrik analizi, Fourier dönüşümü kızıl ötesi spektroskopisi ile kızıl ötesi absopsiyon spektrum analizi, elementel analizi ve taramalı elektron mikroskobu ile görüntüleri alınarak karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Aktif karbon üretiminde, asit emdirme oranı ve karbonizasyon sıcaklığı gibi süreç değişkenlerinin üretilen aktif karbonların yüzey özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Aktif karbonların yapısal özellikleri yüzey alanı ölçüm cihazı, elementel analizi, kızıl ötesi absopsiyon spektrum analizi ve taramalı elektron mikroskopu ile görüntüleri alınarak belirlenmeye çalışılmıştır. Üretilen aktif karbonlar arasında en yüksek yüzey alanı 3:1 emdirme oranında 400 °C'de 1399 m2/g olarak elde edilmiştir. En yüksek yüzey alanına sahip aktif karbon nitrik asit (HNO3) modifikasyonunda kullanılmıştır. Bu amaçla, derişimin, sıcaklığın ve sürenin nitrik asit modifikasyonuna etkileri araştırılmıştır. Nitrik asit modifikasyonu ile üretilen modifiye aktif karbonların (MAC) yüzey alanı ölçüm sonuçları, Boehm metodu ile belirlenen yüzey fonksiyonel grup miktarları, Fourier dönüşümü kızıl ötesi spektroskopisi ile kızıl ötesi absopsiyon spektrum analiz sonuçları, elementel analiz sonuçları ve taramalı elektron mikroskobu ile görüntüleri alınarak karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar değerlendirildiğinde %30 HNO3, 6 saat ve 90 °C modifikasyon parametreleri optimum koşullar olarak belirlenmiştir. Optimum koşullarda üretilen aktif karbonun ve modifiye aktif karbonun Cd+2 adsorpsiyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Adsorpsiyon sürecinde optimum koşullar aktif karbon için pH 6, süre 24 saat, sıcaklık 25 °C olarak belirlenirken modifiye aktif karbon için pH 6, süre 6 saat ve sıcaklık 45 °C olarak belirlenmiştir. Cd+2 adsorpsiyonunda optimum koşullarda aktif karbon ile 13,98 mg/g giderim elde edilirken modifiye aktif karbon ile 84,03 mg/g giderim elde edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, activated carbon production and characterization was performed by chemical activation method using phosphoric acid (H3PO4) from peach stones. Prior to the production of activated carbon (AC), characterization studies of peach stone were carried out by conducting proximate analysis, structural components, surface characterization, thermogravimetric analysis, Infrared absorption spectrum analysis by Fourier transform infrared spectroscopy, elemental analysis and images taken by scanning electron microscope of peach stone. In activated carbon production, the effects of process variables such as impregnation ratio and carbonization temperature on structural properties were investigated. Structural properties of activated carbons were determined by surface area measuring device, elemental analysis, infrared absorption spectrum analysis and scanning electron microscopy.The highest surface area of the activated carbons was 1399 m2/g at 3:1 impregnation ratio, and 400 °C. Activated carbon with the highest surface area was used in HNO3 modification. For this purpose, the effects of concentration, temperature and time on HNO3 modification were investigated. Characterization studies of modified activated carbons produced by HNO3 modification (MAC) were carried out by surface characterization, surface functional group quantities determined by Boehm method, Infrared absorption spectrum analysis results by Fourier transform infrared spectroscopy, elemental analysis results. When the results were evaluated, 30 % HNO3, 6 hours and 90 °C modification parameters were determined as optimum conditions. Cd+2 adsorption studies of activated carbon and modified activated carbon produced under optimum conditions were performed. Optimum conditions in the adsorption process were determined as pH 6, time 24 hours, temperature 25 °C for activated carbon, pH 6, time 6 hours and temperature 45 °C for modified activated carbon. In Cd+2 adsorption, 13,98 mg/g removal was achieved with activated carbon while 84,03 mg/g removal with modified activated carbon was obtained at optimum conditions.