KBRN filtreleri için aktif karbon tabanlı polivinilklorür polimerlerin elektroeğirme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of activated carbon-based polyvinylchloride polymers for CBRN filters by electrospinning method
Yazar: FURKAN KÜÇÜK
Danışman: PROF. DR. SERDAR KARAKURT
Selçuk Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Kimyasal, Biyolojik, Radyolojik ve Nükleer Savunma Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Ekonomik değeri yüksek doğal kaynakların giderek azalmasıyla birlikte küresel çaplı savaşlar ve savaşların etki alanı endişe verici boyutlara ulaşmaktadır. Gelişen teknolojiyle birlikte savaş sanatlarının değişmesi, kullanılan mühimmatların etkilerini arttırmıştır. Kitle imha silahları (KİS) savaşlarda yüksek yıkım gücüne sahip mühimmatlar olarak sıkça kullanılsa da stratejik önemi olan kritik bölgelerde Kimyasal Harp Maddelerinin kullanılma potansiyeli her geçen gün artmaktadır. Günümüzde üçüncü dünya ülkelerinin dahi geliştirerek kullanabileceği Kimyasal Harp Maddeleri sadece savaş alanlarında değil terör ve kargaşa yaratmak maksadıyla da kullanılmaktadır. Bu çalışmanın amacı olası kimyasal harp saldırılarına karşı ferdi koruyucu teçhizat olarak kullanılmak üzere, hammaddesi biyokütle olan aktif karbonların üretilerek filtrelerde kullanıma uygunluğunu araştırmaktır. Ülkemizde ekonomik değeri çok düşük olan fındık kabukları ile farklı aktifleştirici kimyasalları (ZnCl2, H3PO4 ve KOH) farklı derişimlerde (kütlece %20, %30 ve %40) karıştırarak kimyasal aktivasyon yöntemi uygulanmıştır. Aktive edilen fındık kabukları karbonizasyon için 900 °C sıcaklıkta kül fırınında 45 dakika işleme tabi tutularak aktif karbon elde edilmiştir. Aktif karbon örnekleri Yüzey Alanı Ölçümü (Schreiber ve ark) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (Kul ve ark) ile analiz edilerek filtre hammaddesi olarak kullanılabilirliği incelenmiştir. Üretilen aktif karbonların Yüzey Alanı Ölçümü analizleri sonucunda en yüksek yüzey alanı 522.69 m2/g olarak bulunmuş ve Taramalı Elektron Mikroskobu ile incelenerek oluşan yapı gözlenmiştir. Aktif karbonun SEM görüntülerinde istenilen yapının oluştuğu gözlenmiştir. BET analizi ve SEM görüntüleri incelendiğinde optimum şartların; kütlece %30'luk ZnCl2 karışımı ile kimyasal aktivasyonu gerçekleştirildikten sonra kül fırınında 900 °C'de 45 dakika karbonizasyon yapılarak elde edilen aktif karbon örneğinin olduğu belirlenmiştir. Üretilen aktif karbonun kimyasal harp saldırılarında koruyucu önlem olarak filtre hammaddesi olarak kullanılabilecek yapıda yeterli yüzey alanına sahip olduğu, sonucuna varılmıştır. Üretilen aktif karbonlar filtre yüzeyi oluşturmak maksadıyla polivinilklorür ile çözelti oluşturacak şekilde gerekli işlemlere tabi tutulduktan sonra elektro eğirme işlemine tabi tutuldu. Elektro eğirme süreci sonunda istenilen yapıda filtre tabakaları üretilerek SEM analizi yapılmıştır. SEM analizi sonrasında üretilen nanofiber yapının uygun polimerler çözeltileriyle filtre tabakası olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Aktif karbon; Elektro eğirme; Filtre; Kimyasal harp maddeleri; Koruyucu teçhizat.

Abstract:
With the diminishing economic value of high-value natural resources, global-scale wars and the sphere of influence of conflicts have reached alarming proportions. The evolution of warfare, coupled with advancing technology, has increased the impact of weaponry. While weapons of mass destruction (WMDs), such as chemical warfare agents, are frequently employed for their high destructive power in conflicts, the potential use of Chemical Warfare Agents in strategically critical regions is growing. In today's world, Chemical Warfare Agents, which even third-world countries can develop and use, are not only used in battlefields but also for the purpose of terrorism and creating chaos. The aim of this study is to investigate the suitability of activated carbons, derived from biomass with a focus on hazelnut shells, as individual protective equipment against potential chemical warfare attacks by producing them for use in filters. Different activating chemicals (ZnCl2, H3PO4, and KOH) were mixed with hazelnut shells, which have low economic value in our country, at different concentrations (mass 20 %, 30 %, and 40 %), and a chemical activation method was applied. The activated hazelnut shells were subjected to a 45-minute treatment at 900 °C in a muffle furnace for carbonization to obtain activated carbon. The activated carbon samples were analyzed using Brunauer–Emmett–Teller (Schreiber ve ark) surface area measurement and Scanning Electron Microscopy (Kul ve ark) to examine their suitability as filter materials. The highest surface area, 522.69 m²/g, was found as a result of BET analysis of the produced activated carbon, and the structure formed was observed through SEM. Upon analyzing BET results and SEM images, it was determined that the optimal conditions involved the chemical activation with a 30 % ZnCl2 mixture by mass, followed by carbonization at 900 °C for 45 minutes in a muffle furnace. The produced activated carbon was found to have a sufficient surface area suitable for use as a filter material for protective measures against chemical warfare attacks. The produced activated carbons were electrospinned after being subjected to the necessary processes to form a solution with polyvinylchloride in order to create a filter surface. At the end of the electrospinning process, filter layers with the desired structure were produced and SEM analysis was performed. After SEM analysis, it was concluded that the nanofiber structure produced could be used as a filter layer with suitable polymer solutions.
Keywords: Activated carbon; Chemical warfare agents; Electrospin; Filter; Protective equipment