Hidrotermal karbonizasyon yöntemi ile hidrokömür sentezi, modifikasyonları ve katalitik etkilerinin incelenmesi
Hydrocoal synthesis by hydrothermal carbonization method, modifications and investigation of their catalytic effects
Yazar: GALİP BAYRAM
Danışman: PROF. DR. BELGİN GÖZMEN SÖNMEZ ; DR. ÖZKAN GÖRMEZ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı / Nanoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Adsorpsiyon katalizörler = Adsorption catalysts ; Bitkisel atıklar = Plant wastes ; Endüstriyel boyar madde = Industrial dystuff ; Tarımsal atıklar = Agricultural wastes ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources ; Yeşil enerji = Green energy

Özet:
Ülkemizin meyve ihtiyaçlarının giderilmesinde önemli bir yeri olan yenidünya (Eriobotrya japonica) meyvesinin çekirdekleri tüketim sonrasında atık olarak kalmaktadır. Ortaya yüklü miktarda çıkan bu tarz biyokütle atıklarının değerlendirilerek katma değer yaratacak ürünlere dönüştürülmesi önemli bir konu olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışmada, atık biyokütle olan yenidünya çekirdekleri kullanılarak hidrotermal karbonizasyon işlemiyle elde edilen hidrokömürlerin (HK) ve bu hidrokömürlerin BiOI ile hazırlanmış kompozit malzemelerinin adsorpsiyon özellikleri ve fotokatalitik aktiviteleri araştırılmıştır.
	Mersin-Erdemli bölgesinden temin edilen yenidünya meyvesinin çekirdekleri kullanılarak hidrotermal karbonizasyon (HTK) yöntemiyle 150°C, 200°C ve 250°C sıcaklıklarda 2, 4 ve 6 saatlik sürelerde hidrokömür üretimi gerçekleştirildi. Elde edilen hidrokömürlerin yüzeysel özellikleri ve karakterizasyonları BET, SEM, XRD ve FTIR analizleriyle belirlendi. 250°C'de 2 saat HTK sonucu elde edilen hidrokömürün, BET analizlerine göre 13,80 m2/g ile en yüksek yüzey alanına sahip olduğu gözlendi. Hidrokümür yüzey özelliklerinin geliştirilmesi amacıyla asit (H3PO4) ve baz (KOH) aktivasyon işlemleri gerçekleştirildi. Asit ön aktivasyonu (AHK) sonucu hidrokömürün yüzey alanı artarken, baz aktivasyonunda (BHK) azalma gösterdi. Ancak baz aktivasyon sonucu elde edilen BHK yapısının metilen mavi boyasını adsorplama özelliği %100'e ulaştı. Solvotermal yöntemle bizmut oksiiyodür (BiOI) ve aktive edilen hidrokömür örnekleri ile elde edilen kompozit BiOI@AHK ve BiOI@BHK katalizörleri sentezlenerek karakterizasyonları gerçekleştirildi ve metilen mavisi adsorpsiyonu ve fotokatalitik oksidasyonundaki etkinlikleri incelendi.
	Hidrokömür, asit aktive hidrokömür, baz aktive hidrokömür ve BiOI derişimleri 0,5 g/L olacak şekilde kullanıldığında metilen mavisi (MM) adsorpsiyonu için sırasıyla % 1,65, % 4,55, % 99,66 ve %35,22 giderim oranları elde edilmiştir. Hazırlanan BiOI@AHK(160) ve BiOI@BHK(160) kompozit yapılarının hem adsorpsiyon hem de fotokatalitik oksidasyon özelliklerinin BiOI katalizörüne göre daha üstün olduğu belirlendi. Sinerjik etkiye sahip olan kompozit fotokatalizörlerin yüzeyde MM adsorpsiyonu sağlayarak BiOI yüzeyinde oluşan boşluk (h+) yapıları ile MM reaksiyonunu kolaylaştırdığı gözlendi. Ayrıca kompozit BiOI@AHK(160) ve BiOI@BHK(160) katalizörlerinin yapısında bulunan HK sayesinde elektro/boşluk birleşiminin engellendiği ve adsorpsiyon/fotokataliz sinerjik etkisine bağlı olarak bu katalizörler ile MM bozunmasının sırasıyla %91,7 ve %98,4'e yükseldiği belirlendi.

Abstract:
The seeds of the loquat (Eriobotrya japonica), which has an important place in meeting the fruit needs of our country, remain as waste after consumption. It is an important issue to evaluate such biomass wastes, which occur in large quantities, and to transform them into products that will create added value. In this study, the adsorption properties and photocatalytic activities of hydrochars obtained by hydrothermal carbonization process using waste biomass loquat seeds and the composite materials of these hydrochars prepared with BiOI were investigated.
Using the seeds of loquat fruit obtained from the Mersin-Erdemli region, hydrothermal carbonization (HTC) method was used to produce hydrochar at 150°C, 200°C, and 250°C temperatures for 2, 4, and 6 hours. The surface properties and characterizations of the obtained hydrochars were determined by BET, SEM, XRD and FTIR analyses. The hydrochar obtained as a result of HTC for 2 h at 250°C has the highest surface area with 13.80 m2/g according to BET analysis. Acid (H3PO4) and base (KOH) activation processes were carried out in order to improve the hydrochars surface properties. As a result of acid pre-activation (AHK), the surface area of hydrochar increased, while the basic activation (BHK) decreased. However, the ability to adsorb the methylene blue dye of the BHK structure obtained as a result of base activation reached 100%. Composite BiOI@AHK and BiOI@BHK catalysts obtained with bismuth oxyiodide (BiOI) and activated hydrochar samples by solvothermal method were synthesized and their characterizations were carried out and their effectiveness in methylene blue adsorption and photocatalytic oxidation were investigated.
Methylene blue (MM) adsorption was determined as 1.65%, 4.55%, 99.66% and 35.22% for 0.5 g/L hydrochar, acid-activated hydrochar, base-activated hydrochar and BiOI, respectively. It was determined that both adsorption and photocatalytic oxidation properties of the prepared BiOI@AHK(160) and BiOI@BHK(160) composite structures were superior to the BiOI catalyst. It was observed that composite photocatalysts with synergistic effect facilitated the MM reaction with the hole (h+) structures formed on the surface of BiOI by providing MM adsorption on the surface. In addition, it was determined that the electro/void junction was prevented by the HK in the structure of the composite BiOI@AHK(160) and BiOI@BHK(160) catalysts and the MM degradation increased by 91.7% and 98.4%, respectively, due to the adsorption / photocatalysis synergistic effect.