Fosforik asitle kimyasal aktive edilmiş atık çay çalısından aktif karbon üretimi

Abstract

Bu çalışmada Rize yöresine ait zirai atık olan çay çalısından aktif karbon üretimi ve karakterizasyonu incelenmiştir. Yüksek yüzey alanına (>1200 m2/g) sahip aktif karbonların düşük maliyetle üretilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, klasik yöntemlere ilave olarak demineralizasyon ön işlemi içeren aktivasyon yöntemi önerilmiştir. Kimyasal aktivasyon yöntemi ile optimuım üretim koşullarını belirlemek için sıcaklığın (300, 400, 500, 600, 700 ve 800 ºC), karbonizasyon süresinin (60, 120, 180 ve 240 dk) ve impregnasyon oranının (aktivasyon aracı:numune; 1:1; 2:1; 3:1; 4:1; 5:1; 6:1) etkisi iki farklı aktivasyon yöntemi uygulanarak incelenmiştir. Mikro ve mezogözeneklilik değerleri, sırasıyla iyot sayısı ve metilen mavisi sayısı analizleri kullanılarak hesaplanmıştır. Bu aşamaları takiben hammaddenin ve aktif karbonun Boehm titrasyonu ve FTIR analizi yapılarak yüzey fonksiyonel grupları tespit edilmiştir. Bu yöntemler sonucunda, karbonizasyon sıcaklığı ve süresinin artmasıyla ürün verimi, BET yüzey alanı ve gözeneklilik değerlerinde azalmanın olduğu tespit edilmiştir. Metilen mavisi sayısı ve iyot sayısı analizaleri sonucu elde edilen değerler, üretilen aktif karbonların mezo ve ağırlıklı olarak mikrogözenekli yapıda olduğunu göstermiştir ve bu sonuçlar, BET yüzey alanı ile de uymludur. SEM analizi ile aktif karbonun gözenekliliğinin yüksek olduğu belirlenmiştir. FTIR ve Boehm analizleri, aktif karbonların sahip olduğu üstün yüzey özellikleri sayesinde adsorpsiyon çalışmalarında etkili bir adsorbent olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Böylece aktif karbon üretiminde hammadde olarak atık çay çalısının kullanılabilecceği ve demineralizasyon ön işlemi ile üretilen aktif karbonların optimum değerlerine daha düşük sıcaklıkta ulaşılabileceği sonucuna varılmıştır.

In this study, the production and characterization of activated carbon from tea stem waste, which is the agricultural waste belonging to Rize region, was investigated. It is aimed to produce low cost activated carbons with high surface area ( >1200 m2/g). For this purpose, in addition to classical methods, activation method including demineralization pre-treatment was proposed. To determine the optimum production conditions by chemical activation method, the effect of temperature (300, 400, 500, 600, 700 ve 800 ºC), the carbonization time (60, 120, 180, 240 min) and the impregnation rate (activation agent: sample, 1:1; 2:1; 3:1; 4:1; 5:1; 6:1) was investigated by applying two different activation methods. Microporosity and mesoporosity values were calculated by using iodine number and methylene blue number analysis, respectively. Following this steps, surface functional groups were determined by Boehm titration and FTIR analysis of raw material and activated carbon. As a result of these methods, it was determined that product yield, BET surface area and porosity values decreased with increasing carbonization temperature and time. The values obtained from the methlyene blue number and iodine number analysis showed that the activated carbons were mesoporous and predominantly microporous and these results are consistent with the BET surface area. The porosity of activated carbon was determined by SEM analysis. FTIR analysis and Boehm analysis have shown that activated carbons can be used as an effective adsorbent in adsorption studies due to their superior surface properties. Thus, it can be concluded that tea stem waste can be used as raw material in activated carbon production and optimum values of activated carbons produced by demineralization pre-treatment can be reached at lower temperaature.