Fındık kabuğundan fiziksel ve kimyasal aktivasyonla aktif karbon üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Aktif karbon, herhangi bir şekilde yapısal formül veya kimyasal analiz ile karakterize edilemeyen, oldukça yüksek gözenek ve iç yüzey yapısına sahip karbonlu malzemedir ve laboratuar ölçekli olarak çok sayıda malzemeden üretilebilmektedir. Çok iyi bir adsorban olan aktif karbon, endüstride birçok alanda kullanılmaktadır.Bu çalışmada, aktif karbon üretmek icin hammadde olarak Türkiye'de Doğu Karadeniz Bölgesinde bol miktarda yetiştirilen fındığın atığı olan, kolay ve sürekli elde edilebilen maliyeti düşük olan fındık kabuğu kullanılmıştır. Aktif karbon üretimi, fiziksel ve kimyasal aktivasyon olmak üzere iki farklı yöntemle gerçekleştirilmiştir. Fiziksel aktivasyon yöntemi karbonizasyon ve aktivasyon aşaması olmak üzere iki kademe de gerçekleşir. Karbonizasyon prosesi, hammaddedeki nem ve uçucu maddenin inert ortamda ısı yardımıyla uzaklaştırılmasıyla temel gözenek yapısının oluştuğu aşamadır. Bu çalışmada inert ortamı sağlamak amacıyla azot gazı kullanılmış ve karbonizasyon deneyleri farklı sıcaklık ve sürelerde gerçekleştirilmiştir. Fiziksel aktivasyon prosesinde aktifleyici madde olarak CO2 gazı kullanılmıştır. Fiziksel aktivasyon deneyleri farklı sıcaklık ve sürelerde gerçekleştirilmiştir.Kimyasal aktivasyon prosesi ise tek aşamada gerçekleşmiştir. Kimyasal aktivasyon işleminde, aktive edici kimyasal madde olarak H3PO4 tercih edilmiştir. Kimyasal aktivasyon deneyleri farklı sıcaklık, süre ve fosforik asit derişimlerinde gerçekleştirilmiştir.Çalışmanın amacı, seçilmiş olan hammaddeye fiziksel ve kimyasal aktivasyon işlemleri uygulayarak, yüksek yüzey alanına, adsorpsiyon özelliklerine ve uygun gözenek boyut dağılımına sahip aktif karbon üretimini sağlamaktır. Bu amaçla, fındık kabuğundan elde edilen aktif karbon numunelerinin yüzey alanları, gözenek hacmi ve gözenek boyut dağılımları ile kısa analiz sonuçları incelenerek en uygun aktif karbon üretim koşulları belirlenmiştir.

Activated carbon is a generic term for a family of highly porous carbonaceous materials, none of which can be characterized by chemical analysis and prepared in the laboratory from a large number of materials. Active carbon which is a well known adsorbent can be used in many areas of industry.In this study, hazelnut shells are used as the raw material for the production of activated carbon. The reasons of choosing hazelnut shells for the activated carbon production are mainly easy and continuous availability and low cost as well as its large amount of cultivation in eastern Black Sea region of Turkey. Activated carbon production from hazelnut shells can be performed in two different methods: the physical and the chemical activation. Physical activation is performed in two process: the carbonization and the activation. Carbonization is the process where the basic pore structure is formed by removing moisture and volatile substances from the raw material by applying heat in the inert conditions. In this study, nitrogen gas was used in order to ensure inert conditions and the carbonization experiments were performed in different temperatures and durations. CO2 was used as the activation agent in the physical activation process. Like carbonization process, the activation experiments were also performed in different temperatures and durations.However, the chemical activation process was performed in one phase where the H3PO4 was used as the activator. The chemical activation experiments were carried out in different temperatures, durations and acid concentrations.The purpose of the study is to ensure the activated carbon production by performing some activation methods on the selected raw material to obtain a high surface area and adsorption properties with the proper pore size distribution. For this purpose the surface areas, pore volumes, pore size distributions and proximate analysis of the samples produced from hazelnut shell in different conditions were examined and the optimum production conditions of activated carbon were determined.