Biyo-poliol-esaslı karbon köpüğün yapısal özellikleri üzerinde çözücü türü etkisinin incelenmesi
Investigation of solvent type effect on the structural properties of bio-polyol-based carbon foam
Yazar: Yargıç, Adife Şeyda; Yarbay Şahin, Rahmiye Zerrin; Özbay, Nurgül
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 36 No. 1, 2020
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Hornbeam sawdust,carbon foam,pyrolysis,solvolytic liquefaction ; Gürgen talaşı,karbon köpük,piroliz,solvolitik sıvılaştırma

Günümüzde teknolojinin geliştirilmesi üzerindeki çalışmaların artışı, yeni malzemelerin üretimini ve özelliklerinin geliştirilmesini sağlamıştır. Doğal/endüstriyel/pirolitik grafit, grafit/karbon köpükler, elmas, grafen, karbon nanotüp/nanofiber ve karbon kompozitler elektronik aletlerin üretiminde ve ısıl yönetim uygulamalarında kullanılan karbonlu malzemelerdir. Petrol kaynakları giderek azalmaya başlarken, biyokütlenin sıvılaştırılması biyokütle kullanımının yeni bir alanı olarak yaygınlaşmaktadır. Biyokütlenin termokimyasal dönüşüm yöntemleri içerisinde doğrudan sıvılaştırma prosesinin bir kolu olan solvoliz sıvılaştırma işlemi kullanılarak biyomalzemeler elde edilmektedir. Biyokütlenin yapısında bulunan selüloz, lignin ve hemiselüloz çok sayıda hidroksil grubu içermektedir. Hidroksil grupları sayesinde sıvılaştırılmış biokütlenin biyopolimerlere dönüşümü gerçekleşmektedir. Bu çalışma kapsamında, düşük maliyetli ve yenilenebilir malzemelerden karbon köpük hazırlanması amacıyla endüstriyel atık olarak temin edilen gürgen ağacı talaşının solvolitik sıvılaştırılması gerçekleştirilmiştir. Solvolitik sıvılaştırma yönteminde reaktif türünün (fenol ve fenol+katran karışımı) karbon köpüklerin yapısı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Katranın sentez ortamına eklenmesi sonucu köpük yapısında meydana gelen düzensizliklerin üstesinden gelinmesi amacıyla, yüzey aktif madde miktarı arttırılarak işlemler tekrar edilmiştir. Karbon köpüklerin karakterizasyonu için elementel analiz, taramalı/geçirimli elektron mikroskopi, azot sorpsiyon ve x-ışını kırınım analizleri uygulanmış, ayrıca basma dayanımı ve yoğunluk ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Karakterizasyon verilerine göre, çözücü türü ve yüzey aktif madde miktarı değiştirildiğinde ayarlanabilir kristalografik, morfolojik ve yapısal özelliklere sahip biyokütle-esaslı karbon köpüklerin üretilebileceği sonucuna ulaşılmıştır.

Nowadays, the increase in studies about the improvement of technology has enabled the development of new materials and their properties. Natural/industrial/pyrolytic graphite, graphite/carbon foams, diamond, graphene, carbon nanotube/nanofibers and carbon composites are carbonaceous materials used in the production of electronic devices and thermal management applications. As oil resources are beginning to diminish, the liquefaction of biomass is becoming a new area of biomass usage. In thermochemical conversion processes of biomass, biomaterials are obtained by using solvolysis liquefaction process, which is a subsection of direct liquefaction process. Cellulose, lignin and hemicellulose in the biomass structure contain a large number of hydroxyl groups. Conversion of liquefied biomass to biopolymers takes place through hydroxyl groups. Within the scope of the study, solvolytic liquefaction of hornbeam tree sawdust obtained as industrial waste was carried out in order to prepare carbon foam from low cost and renewable materials. The effect of solvent type (phenol and phenol + tar mixture) on the structure of carbon foams was investigated in the solvolytic liquefaction process. In order to overcome the irregularities in the foam structure as a result of the addition of tar to the synthesis medium, the processes were repeated by increasing the amount of surfactant. Elemental analysis, scanning/transmission electron microscopy, nitrogen sorption, and x-ray diffraction analyses were performed for the carbon foam characterization, compression strength and density measurements were also carried out. According to the characterization data, it is concluded that biomass-based carbon foams with adjustable crystallographic, morphological and structural properties can be produced by changing the solvent type and the amount of surfactant.