Ceviz kabuğundan aktif karbon eldesi ve adsorpsiyon yöntemi ile fosfor giderimi

Abstract

Bu çalışmada, Türkiye'de bol miktarda bulunan ve düşük maliyetli biyo kütle atığı olan ceviz kabuğundan aktif karbon elde edilmiş ve elde edilen aktif karbon ile sulu çözeltilerden fosfor giderimi araştırılmıştır. %25'lik ZnCl2 çözeltisi ile emdirme oranı 1:0,5 ve %30'luk ZnCl2 ile emdirme oranı 1:1 olacak şekilde kabukların aktivasyonu gerçekleştirilmiştir. Aktivasyonu gerçekleştirilen kabuklar kül fırınında 600oC de, 60 dk, 250 mL/dk N2 gazı akımında karbonize edilmiştir. Optimum verim elde edilen aktif karbon; nem tayini, kül içeriği, iyot sayısı, FTIR ve SEM analizleriyle karakterize edilmiştir. Fosfat adsorpsiyonu çalışmasında sıcaklığın, adsorbent dozunun, pH'ın, karıştırma hızının, başlangıç konsantrasyonunun, sıcaklığın ve temas süresinin etkisi incelenmiştir. Optimum koşullar; başlangıç konsantrasyonu 25 mg/L, pH=6,5, sıcaklık 25oC, adsorbent dozu 0,5 g, karıştırma hızı 150 rpm ve temas süresi ise 120 dakika olarak bulunmuştur. Adsorpsiyon mekanizmasının daha iyi anlaşılabilmesi için kinetik, izoterm ve termodinamik çalışmaları yapılmıştır. Adsorpsiyon çalışmasının sözde ikinci mertebeden kinetik modeline ve Langmuir izotermine uygun olduğu görülmüştür. 25, 35 ve 45oC sıcaklıklarda yapılan termodinamik çalışmaları sonucunda Gibbs serbest enerji (ΔG0) değerlerinin negatif olması adsorpsiyon sisteminin kendiliğinden gerçekleşen bir proses olduğunu, entropi değerlerinin (ΔS0) pozitif olması adsorpsiyon sürecinde çözelti-adsorbent ara yüzeyinde düzensizliğin arttığını, standart entalpi değişim değerinin (ΔH0) pozitif değerde olması adsorpsiyonun endotermik olduğunu göstermektedir.

In this study, walnut shell, which is abundant in Turkey and low-cost biomass waste, has been used for activated carbon production and phosphate removal from aqueous solutions with the produced activated carbon was investigated. Activation of the shells was carried out with impregnation ratios of 1:0.5 and 1:1 for 25% and 30% of ZnCl2 solutions, respectively. Activated shells were carbonized at 600oC for 60 min under 250 mL/min of N2 gas flow. Activated carbon with the optimum efficiency was characterized by moisture content, ash content, iodine number, Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM) analysis. The effects of the temperature, adsorbent amount, pH, mixing rate, initial concentration and contact time were investigated in the phosphate adsorption study. Optimum conditions were found as initial concentration of 25 mg/L, pH 6.5, temperature 25oC, adsorbent amount 0.5 g, mixing rate 150 rpm and contact time 120 min. In order to understand the adsorption mechanism, kinetic, isotherm and thermodynamic studies were conducted. The adsorption study was found to comply with the pseudo-second order kinetic model and consistent with Langmuir isotherm. As a result of thermodynamic studies performed at the temperatures 25, 35 and 45oC; the process was found as spontaneous according to negative value of Gibbs free energy (ΔG0), increase of instability was presumed in between solution-adsorbent interface during the adsorption due to positive value of entropy (ΔS0) and the adsorption was endothermic depending on the positive value of standard enthalpy change (ΔH0).