Biyokütle karışımlarının farklı sıcaklık ve ısıtma hızlarında karbonizasyonu ile karbonize ürünlerden KOH kullanılarak aktif karbon eldesi ve karakterizasyonu
From carbonized products by carbonization of biomass mixtures at different temperatures and heating rates active carbon generation and characterization using KOH
Yazar: TUĞBA UTKU
Danışman: DOÇ. DR. YUNUS ÖNAL
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Granüler aktif karbon = Granular activated carbon

Özet:
Ülkemizde ve ilimizde endüstriyel ölçekte üretilen farklı biyokütleler (kayısı çekirdeği kabuğu, ceviz kabuğu, şeftali çekirdeği kabuğu, antep fıstığı kabuğu, badem  çekirdeği kabuğu) kullanılarak karbonize edildikten sonra kimyasal aktivasyon yöntemi ile KOH kullanılarak aktif karbon elde edilmiştir. Biyokütleler işletmelerden alındığı şekli ile boyut küçültme işlemi yapılmadan deneylerde kullanılmıştır. Biyokütleler kütlesel oranları 1/1 olacak şekilde orijinal formunda karıştırılarak 400°C, 500°C, 600°C'de 100 ml/dk N2 akış hızında 3°C/dk, 5°C/dk ve 10°C/dk ısıtma hızları ile maksimum sıcaklıkta 1 saat karbonize edilmiştir. Karbonizasyon işleminde fırın çıkışına geri soğutucu konularak piroliz sıvısı alınmış ve kütle denkliğinden katı, sıvı ve gaz verimleri hesaplanmıştır. Karbonize ürünlerden uygun miktarlarda alınarak kütlesel oran 1:1, 1:2 ve 1:3 olacak şekilde KOH ile emdirme (impregnasyon) işlemi 800 °C'de ve 10°C/dk ısıtma hızında 1 saat kimyasal aktivasyon işlemi yapılmıştır. Elde edilen aktif karbonlar BET, SEM, XRD, FTIR ve CHNS analizleri ile karakterize edilmişlerdir. Tüm aktif karbon örneklerinin adsorpsiyon kapasiteleri için metilen mavisi kullanılmıştır. Ayrıca metilen mavisi boya adsorpsiyonu ve kinetik çalışılmıştır. Yapılan analizler sonucu ham biyokütle örneklerinin hemiselüloz, selüloz ve lignin yapılarının farklı olduğu belirlenmiştir. Buna karşın karbon içeriklerinin (%47,37-50,45) birbirine yakın değerde olduğu belirlenmiştir. Tüm örneklerin karbonizasyon katı veriminin %26,4-33,00 aralığında, sıvı veriminin %26,9-41,3 ve gaz veriminin %26,4-46,7 aralığında değiştiği belirlenmiştir. Genel olarak karbonizasyon sıcaklığı arttıkça gaz verimi artarken  katı verimi azalmıştır. Karbonize örneklerin aktivasyonu sonucu elde edilen aktif karbonların yüzey alanı tüm örnekler için 394,05-1717,20 m2
/gram aralığında değişmiştir. Metilen mavisi adsorpsiyon kinetiğinin yalancı 2.mertebe olduğu belirlenmiştir.

ANAHTAR KELİMELER: Biyokütle, Biyokütle Karışım, Aktif Karbon, Kimyasal Aktivasyon

Abstract:
Activated carbon was obtained by using KOH by chemical activation method after carbonizing using different biomass (apricot seed shell, walnut shell, peach seed shell, pistachio shell, almond seed shell) produced on industrial scale in our country and province. Biomass was taken from enterprises and used in experiments without size reduction. Biomass was mixed in its original form with a mass ratio of 1/1 and carbonized for 1 hour at maximum temperature with heating speeds of 3°C/min, 5°C/min and 10°C/min at a flow rate of 100 ml/min N2 at 400°C, 500°C, 600°C. In the carbonization process, pyrolysis liquid was taken by placing the condenser at the furnace outlet and solid, liquid and gas yields were calculated from the mass equivalence. Carbonized products were taken in appropriate quantities and mass ration 1:1, 1:2 and 1:3 with KOH impregnation process was performed at 800°C and 1 hour chemical activation process at 10°C/min heating rate. The resulting activated carbons were characterized by BET, SEM, XRD, FTIR and CHNS analyses. Methylene blue was used for the adsorption capacities of all activated carbon samples. In addition, methylene blue dye adsorption and kinetics have been studied. As a result of the analysis, it was determined that the hemicellulose, cellulose and lignin structures of the raw biomass samples were different. However, carbon content (47.37-50.45%) was found to be close to each other. It was determined that the carbonization solid yield of all samples varied in the range of 26.4-33.00%, liquid yield in the range of 26.9-41.3% and gas yield in the range of 26.4-46.7%. In general, as the carbonization temperature increases, the gas yield increases, while the solid yield decreases. The surface area of activated carbon obtained as a result of activation of carbonized samples varied in the range of 394, 05-1717, 20 m2/gram for all samples. Methylene blue adsorption kinetics were determined to be pseudo-2.

KEYWORDS: Biomass, Biomass mix, Activated Carbon, Chemical Activation