Kimyasal aktivasyon yöntemi kullanılarak atık çay çalısından aktif karbon üretimi

Abstract

Yapılan bu çalışmada kolay, ucuz ve bol miktarda elde edilebilir Rize yöresi atık çay bitkisi çalısından (ÇÇ) aktif karbon üretimi amaçlanmıştır. Çay çalısından aktif karbon sentezinde (ÇÇK-KOH), potasyum hidroksit (KOH) kimyasal reaktifi ile kimyasal aktivasyon yöntemi kullanıldı. Aktif karbonların sentezi tanecik boyutu, atık çay çalısı / kimyasal reaktif (KOH) oranı, aktivasyon süresi, aktivasyon sıcaklığı, gibi parametrelere bağlı olarak gerçekleştirildi. Üretilen bu aktif karbonların yapısal ve yüzey özellikleri; BET (Brunauer-Emmett-Teller) yüzey alanı, gözenek boyut dağılımı, elementel analiz, Fourier Transform İnfrared Spektroskopisi (FT-IR), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Termogravimetrik (TG, DTG ve DTA) analiz metotları kullanılarak karakterize edildi. Sentezlenen aktif karbonlar için en ideal verilere tanecik boyutu -75 µm, 500°C'de 3 saat karbonizasyon süresi ve 1/2 etkileştirme oranında (çay çalısı/ kimyasal reaktif oranı) ulaşıldı. Farklı tanecik boyutları, sıcaklıklar, etkileştirme oranları ve Karbonizasyon sürelerinde sentezlenen aktif karbonlara ait deneysel adsorpsiyon izotermleri genel olarak hem tür I hem de tür IV adsorpsiyon izoterm özelliklerini yansıtırken, bu aktif karbonlar büyük oranda mikrogözenek ve küçük oranda mezogözeneklerden oluşan bir gözenek yapısına sahipti. Sadece karbonizasyona tabi tutulmuş numunelerdeki (ÇÇK) olgunlaşmamış gözeneklerin, karbonizasyon ve aktivasyon işlemleri birlikte uygulandığında hacimleri ve çapları artarak gelişti ve ayrıca, aynı numunelerde yeni gözenekler oluştu. Çay çalısının yüzeyi oldukça pürüzlü, girinti-çıkıntılı, nispeten lifli, gözeneksiz ve heterojen bir görünümde iken; ÇÇK-KOH ise son derece gözenekli, gözenekleri yer yer düzgün ve homojen bir şekilde dağılmış ve iç yüzeylerde de boşlukların ve gözenekliliğin olduğu bir yapıya sahipti. ÇÇK-KOH'nın karbon iskelet yapısı ÇÇK'dan daha kararlıydı. Çay çalısının yapısındaki su, fenoller, alkoller ve karboksilik vb. kimyasal bileşenlerin karakteristik fonksiyonel grupları karbonizasyon ve aktivasyon işlemelerinden etkilendi ve bu fonksiyonel gruplara ait IR piklerinin bazılarının şiddeti azaldı veya bazı IR pikleri kayboldu.

In this study, it was aimed to produce of the activated carbon from easily accessible, inexpensive and abundant amounts of waste tea stem plant at Rize Province. For the synthesis of the activated carbon (ÇÇK-KOH), the chemical activation method with potassium hydroxide (KOH) chemical reagent was used. The synthesis of activated carbons was performed depending on parameters such as particle size, waste tea stem / chemical reagent (KOH) ratio, activation time, activation temperature. The structural and surface properties of these activated carbons were characterized with BET (Brunauer-Emmett-Teller) surface area, pore size distribution, elemental analysis, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Thermogravimetric (TG, DTG and DTA) analysis methods. The ideal data for the synthesized activated carbons were reached at -75 μm particle size, 3 hours carbonization time at 500 ° C and 1/2 activity ratio (tea stem / chemical reagent ratio). While experimental adsorption isotherms of activated carbons synthesized in different particle sizes, temperatures, activation rates and carbonization periods generally reflect both type I and type IV adsorption isotherm properties, these actived carbons have a large amount of micropores and small amount of mesopores. When the carbonation and activation processes of the immature pores in the samples subjected to the carbonization (ÇÇK) were applied together, their volumes and diameters increased and new pores were formed in the same samples. ÇÇK-KOH was highly porous, its pores scattered in a uniform and homogeneous manner, and the inner surfaces had cavities and porosity while the surface of the tea stem was very rough, indented-protruding, relatively fibrous, pore-free and heterogeneous. The carbon skeleton structure of the ÇÇK-KOH was more stable than the ÇÇK. The characteristic functional groups of the chemical components such as water, phenols, alcohols and carboxylic acids in structure of the waste tea stem were influenced by the carbonization and activation processes and some of the IR peaks belonging to these functional groups were reduced in intensity or some IR peaks disappeared.