Atık kağıt bardaklardan mikrodalga destekli piroliz yöntemi ile aktif karbon üretimi
Investigation of production of activated carbon from waste paper cups by microwave assisted pyrolysis
Yazar: AYŞENUR GÜNAYDIN
Danışman: DOÇ. DR. RAHMAN ÇALHAN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Aktif karbon = Activated carbon

Özet:
Aktif karbon (AK), esnek doğası ve farmasötikler, gıda üretimi, atıksu arıtma, enerji depolama cihazları ve hava kirliliği, gaz depolama, tıbbi atıksu arıtma, metal ekstraksiyonu, kafeinsizleştirme gibi birçok endüstride katalizör ve adsorban olarak yaygın kullanımı nedeniyle çok amaçlı bir malzemedir.  Kömür gibi karbon içeren hammaddelerin hafif inorganik kalıntı ile yüksek karbon içerikli AK'a dönüştürülmesi oldukça basit bir isle olarak kabul edlmektedir. Bir öncü maddenin kullanımı, maliyeti, saflığı ve elverişliliği tarafından büyük ölçüde etkilemektedir. Ayrıca, uygulamanın hedefi de göz önünde bulundurulmaktadır. Çoğu ticari AK, kömür ve bambu, ahşap ve hindistancevizi atığı gibi birkaç pahalı, yenilenebilir olmayan yüksek değerli agroforesteri malzemeden yapılmaktadır. Bu nedenle, uygun ve yenilenebilir alternatiflerin geliştirilmesi hayati öneme sahip olmaktadır. Aktif karbon üretmek için kullanılan yöntemler arasında mikrodalga piroliz yöntemi yer almaktadır. Mikrodalga piroliz yöntemi geleneksel piroliz yöntemine alternatif olarak geliştirilen bir yöntem olarak kabul edilmektedir. Bu yöntem sayesinde hammadde üzerinde homojen ısıtım sağlanmak ve işlem süresinin kısa olması mikrodalga destekli piroliz yöntemini daha cazip bir yöntem olarak bize sunmaktadır. Bu çalışmanın amacı atık kağıt bardaklar kullanılarak yüksek gözenek boyutuna sahip aktif karbon üretmek ve üretilen bu aktif karbonun karakteristik özelliklerinin incelenmesidir. Bu amaç için üretilen aktif karbona fiziksel ve kimyasal aktivasyon işlemi uygulanarak deneyler gerçekleştirilmiştir.

Bu çalışmada; birçok işletme ve üniversitelerde sıklıkla kullanılan atık kağıt bardakların mikrodalga destekli pirolizi gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda bir mikrodalga destekli piroliz düzeneği kurulmuş ve hammaddeye çeşitli fiziksel ve kimyasal aktivasyon işlemleri uygulanmıştır. Aktivasyon ajanı olarak NaOH ve KOH kullanılmıştır. Hammadde tek kademeli ve iki kademeli olmak üzere emprenye edildikten sonra belirlenen şartlarda mikrodalga pirolizine tabi tutulmuştur. Üretilen aktif karbon için BET yüzey alanı, FT-IR, SEM-EDX ve XRD analizleri gerçekleştirilmiştir.   

Üretilen aktif karbonun analiz sonuçları detaylı incelendiğinde gözenek boyutu, yüzey alanı, sahip olduğu fonksiyonel gruplar gibi özellikleri sebebiyle atık kağıt bardakların mikrodalga destekli piroliz sistemi kullanılarak üretilen aktif karbonun geliştirilebilir, kullanılabilir bir ürün olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
Activated carbon (AC) is a versatile material widely used as a catalyst and adsorbent in many industries due to its flexible nature and applications in pharmaceuticals, food production, wastewater treatment, energy storage devices, air pollution control, gas storage, medical wastewater treatment, metal extraction, and decaffeination. The transformation of carbon-containing raw materials such as coal into high carbon content AC with light inorganic residue is considered a relatively simple process. The use of a precursor material is greatly influenced by its cost, purity, and availability. Additionally, the intended application is also taken into consideration. Most commercial AC is made from a few expensive, non-renewable, high-value agroforestry materials such as coal, bamboo, wood, and coconut waste. Therefore, developing suitable and renewable alternatives is of vital importance. Among the methods used to produce activated carbon is the microwave pyrolysis method. Microwave pyrolysis is considered an alternative to the traditional pyrolysis method. This method provides homogeneous heating of the raw material and short processing times, making microwave-assisted pyrolysis a more attractive method. The aim of this study is to produce activated carbon with high pore size from waste paper cups and to examine the characteristic properties of the produced activated carbon. For this purpose, physical and chemical activation processes were applied to the produced activated carbon, and experiments were conducted.

In this study, microwave-assisted pyrolysis of waste paper cups, which are frequently used in many businesses and universities, was carried out. In this context, a microwave-assisted pyrolysis setup was established, and various physical and chemical activation processes were applied to the raw material. NaOH and KOH were used as activation agents. After impregnation of the raw material in single and two-stage processes, it was subjected to microwave pyrolysis under predetermined conditions. BET surface area, FT-IR, SEM-EDX, and XRD analyses were performed for the produced activated carbon.

When the analysis results of the produced activated carbon were examined in detail, it was observed that the activated carbon produced using the microwave-assisted pyrolysis system of waste paper cups is a developable and usable product due to its characteristics such as pore size, surface area, and functional groups.