Tarımsal yan ürünlerden düşük maliyetli yüksek gözenekli aktif karbonların hazırlanması, karakterizasyonu ve adsorpsiyon kapasiteleri
Preparation and characterization of low-cost high porous active carbons from agricultural by-products and their adsorption capacities
Yazar: TUĞÇE AKTAR
Danışman: PROF. DR. ZEKİ AKTAŞ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Araştırmada biyokütle atıklarından (tarımsal yan ürün- atıklar) yüksek gözenekli madde hazırlanması, karbonizasyon mekanizmasının belirlenmesi ve hazırlanan gaözenekli katıların adsorpsiyon davranışlarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Başlangıç maddesi olarak çay fabrikası atığı ve kızılcık çekirdeği kullanarak aktif karbonlar üretilmiştir. İşlem geliştirilen kimyasal yönteme göre yapılmış, aktivasyon aracı olarak fosforik asit kullanılmıştır. Aktif karbonun üretim aşamalarında çeşitli parametrelerin etkileri belirlenerek en uygun koşullar saptanmıştır. Belirlenen koşullarda üretilen aktif karbonlara sularda önemli kirlilik oluşturan, farklı kimyasal yapıdaki triklorfenol ve metilen mavisi adsorpsiyonu gerçekleştirilmiştir. Ayrıca söz konusu yöntemle karbonizasyon mekanizmasının aydınlatılmasına yönelik çalışmalar yapılmıştır. Mekanizma çalışmaları çıkan gaz ürün ve TGA analizi verilerine dayandırılmıştır. Kullanılan hammaddelerin ve üretilen aktif karbonların; TGA/FTIR, FTIR, elementel analiz, SEM, parçacık boyut dağılımı, yüzey alanı ve gözenek büyüklük analizi gibi karakterizasyon işlemleri gerçekleştirilmiştir. Her iki hammadde için de mikrodalga önişlemli kimyasal yöntemle aktif karbon hazırlanması işleminde en uygun koşul olarak 2:1 emdirme oranı ve 450ºC karbonizasyon sıcaklığı belirlenmiştir. En uygun koşullarda çay atığından elde edilen aktif karbonun 1326 m2/g BET yüzey alanına ve mezogözenekçe zengin bir yapıya (% 26,77 mikrogözenekli; % 76,23 mezogözenekli) sahip olduğu saptanmıştır. Kızılcık çekirdeğinden en uygun koşullarda elde edilen aktif karbonun ise 1647 m2/g BET yüzey alanına ve sırasıyla mikro ve mezogözenek fraksiyonlarının % 32,90 ve % 67,10 olduğu belirlenmiştir. Söz konusu koşullarda üretilen aktif karbonlar yapılan adsorpsiyon işlemlerinin ardından her ikisinin de metilen mavisi gidermede yaklaşık 300 mg/g adsorpsiyon kapasitesine sahip oldukları ve Langmuir modeline uydukları, triklor fenol gidermede ise yaklaşık 600 mg/g adsorpsiyon kapasitesine sahip oldukları ve Freundlich modeline uydukları belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler: Aktif karbon, Çay atığı, Kızılcık çekirdeği, Karbonizasyon mekanizması, Adsorpsiyon, Su kirliliği

Abstract:
The concerning research aims are; to prepare high porous materials from agricultural by products, to determine carbonisation mechanism and to designate adsorption behaviours of prepared porous materials. Tea factory waste and dogwood stone were selected as precursors to prepare activated carbons. The developed chemical method that uses phosphoric acid as an activation agent was followed to prepare activated carbons. During the preparation steps effects of some parameters were determined and the best conditions were determined. Prepared activated carbons were used as adsorbents for tricholorophenol and methylene blue which cause significant pollution in waters. Moreover experiments that aim to clarify the carbonisation mechanism were carried out. The mechanism studies were based on evolved gas products and TGA analysis data. The precursors and activated carbons were characterised in terms of TGA/FTIR, FTIR, elemental analysis, SEM, particle size distribution, surface area, pore size analysis etc. For preparation of activated carbon with microwave pre-treatment from the dogwood stone and the waste tea the best conditions were similar: 2:1 impregnation ratio and 450ºC carbonisation temperature. Activated carbon prepared at the best conditions from the waste tea has 1326 m2/g BET surface area (highly meso porous, % 76,23) while activated carbon prepared at the same conditions from the dogwood stone has 1647 m2/g BET surface area (highly meso porous, % 67,10). These activated carbons were used in the adsorption experiments and results with similar adsorption capacity of methylene blue, almost 300 mg/g and both of them fitted the Langmuir model. Similarly, relevant activated carbons have also identical tricholorophenol adsorption capacity, almost 600 mg/g and both of them fitted the Freundlich model.KeyWords: Activated carbon, Waste tea, Dogwood stone, Carbonisation mechanism, Adsorption, Water pollution