Hidrotermal karbonizasyon yöntemiyle adsorban geliştirilmesi ve uygulamaları

Abstract

Günümüzde çevre kirliliğinden kaynaklı olarak meydana gelen su kirliliği nüfus artışı, sanayi ve tarımsal faaliyetler sonucu giderek artmakta ve canlı yaşamını tehdit etmektedir. Su kirliliğinin en önemli kaynaklarından birisi de ağır metal kirliliğidir. Son yıllarda düşük maliyetli bitkisel atıklar kullanılarak ağır metallerin kirli sulardan uzaklaştırılması çalışmaları oldukça hız kazanmıştır. Hidrotermal karbonizasyon metodu tarımsal atıklar gibi çeşitli biyolojik materyallerden hidrochar üretim prosesi olarak son yıllarda ilgi çekmektedir. Bu çalışmada; fındık kabuklarından hidrotermal karbonizasyon yöntemiyle elde edilen hidrocharın ve bu hidrocharın KOH ile aktivasyonu ve sonrasında borusal reaktör ve mikrodalga ile yapılan karbonizasyon işlemleri sonucunda elde edilen aktif karbonların sulu çözeltilerden Cr(VI) ve Cu(II) giderimi için adsorban olarak kullanımı amaçlanmıştır. Bu amaçla fındık kabukları bir otoklav içinde 220 °C de 24 saat hidrotermal karbonizasyona tabi tutularak karbonizasyon işlemi gerçekleştirilmiş ve ham hidrochar (HTC-H) elde edilmiştir. Elde edilen hidrochar KOH ile muamele edilerek bir kısmı borusal reaktörde azot akışı altında 700oC'de karbonizasyona tabi tutularak HTC-K aktif karbonu, bir kısmı ise mikrodalga ile muamele edilerek HTC-M aktif karbonu elde edilmiştir. Elde edilen katıların SEM, BET, FTIR analizleriyle karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu adsorbanlar kullanılarak atık sulardan Cr(VI) ve Cu(II) iyonlarının adsorpsiyonla giderimi incelenmiştir. Elde edilen adsorpsiyon verileri Freundlich ve Langmuir izotermlerine uygulanarak her iki izoterme ait sabitler hesaplanmıştır. Langmuir izotermine göre; HTC-H için Cr(VI) maksimum adsorpsiyon kapasitesi 42,81 mg/g, HTC-K ve HTC-M için Cu(II) maksimum adsorpsiyon kapasiteleri sırasıyla 33,12 mg/g ve 56,59 mg/g olarak bulunmuştur. Ayrıca yapılan kinetik çalışmalar da göz önünde bulundurulduğunda adsorpsiyonun sözde ikinci dereceden kinetik modele uyduğu gözlemlenmiştir. Sonuç olarak ham hidrocharın her iki yöntemle elde edilen aktif karbona göre Cr(VI) için en yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğu, Cu(II) için de mikrodalga yöntemiyle elde edilen aktif karbonun en iyi adsorpsiyon kapasitesini sağladığı belirlenmiştir.

Today, water pollution caused by environmental pollution is increasing as a result of population growth, industrial and agricultural activities and threatens living life. One of the most important sources of water pollution is heavy metal pollution. In recent years, efforts to remove heavy metals from polluted water by using low-cost plant wastes have gained momentum. Hydrothermal carbonization method has attracted attention in recent years as a hydrochar production process from various biological materials such as agricultural wastes. In this study, it is aimed to use the hydrochar obtained from hazelnut shells by hydrothermal carbonization method and the activation of this hydrochar with KOH and then the activated carbons obtained as a result of carbonization processes with tubular reactor and microwave as adsorbent for the removal of Cr(VI) and Cu(II) from aqueous solutions. For this purpose, the hazelnut shells were subjected to hydrothermal carbonization in an autoclave at 220 °C for 24 hours, and the carbonization process was carried out and crude hydrochar (HTC-H) was obtained. The obtained hydrochar was treated with KOH and some of it was carbonized at 700oC under nitrogen flow in the tubular reactor, and HTC-K activated carbon was obtained, and some of it was treated with microwave to produce HTC-M activated carbon. The obtained solids were characterized by SEM, BET and FTIR analyzes. The removal of Cr(VI) and Cu(II) ions from wastewater by adsorption was investigated by using these adsorbents. The obtained adsorption data were applied to the Freundlich and Langmuir isotherms and the constants of both isotherms were calculated. According to the Langmuir isotherm; The maximum adsorption capacity of Cr(VI) for HTC-H was 42.81 mg/g, and the maximum adsorption capacity of Cu(II) for HTC-K and HTC-M was 33.12 mg/g and 56.59 mg/g, respectively. In addition, considering the kinetic studies, it was observed that the adsorption conformed to the so-called second-order kinetic model. As a result, it was determined that crude hydrochar had the highest adsorption capacity for Cr(VI) compared to the activated carbon obtained by both methods, and the activated carbon obtained by microwave method provided the best adsorption capacity for Cu(II).