Farklı aktivasyon yöntemlerinin aktif karbon özelliklerine etkisi

Abstract

Aktif karbonlar iç yüzey alanları ve gözenekliliği yüksek oranda arttırılmış karbon içerikli maddeler olup, bazen katı haldeki süngerler olarak da tarif edilmektedir. Son yıllarda, özellikle atıksu ve içme suyu arıtımında, gazlar ve sıvılardan kimyasal maddelerin adsorpsiyonu uygulamalarında aktif karbonların kullanımı artmıştır. Aktif karbonların bir diğer önemli endüstriyel kullanım alanı ise çözücülerin geri kazanımıdır. Gaz fazdaki uygulamalarda, aktif karbonlar çoğunlukla hava fıltrelerindeki kullanımı ile sadece endüstride değil hava şartlandırma uygulamalarında da geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. Bu yüzden yenilenebilir ve bolca bulunan kaynaklardan düşük maliyetli aktif karbonların üretimine yönelik artan İlgi, aktif karbonların bazı tarımsal yan ürünlerden de üretiminin önemini arttırmıştır. Aktif karbonların üretimi çoğunlukla ardışık iki kademeden oluşur: Bunlar sırasıyla önce hammaddenin oksijensiz ortamda karbonizasyonu ve daha sonra karbonize edilmiş ürünün değişik yöntemlerle aktivasyonudur. Aktİvasyon kademesi, iyi kontrol edilen şartlar altında istenilen dönüşüme varılıncaya kadar gerçekleştirilebilir. Bu çalışmanın amacı, vişne çekirdeklerinin pirolizi sonucu elde edilen ürünlerin özelliklerini belirlemek ve bu ürünler üzerinde değişik aktivasyon yöntemlerinin etkilerini araştırmaktır. Vişne çekirdeği bolca bulunabilen ve biyolojik olarak bozunalabilen ucuz bir malzeme olup, aktif karbon üretiminde kullanılabilir. Vişne çekirdekleri Türkiye'de vişne suyu üretimi sırasında oluşan ve bolca bulunan bir atıktır. Diğer biyokütle atıklarında olduğu gibi, vişne çekirdekleri de selüloz, hemisellülozlar ve lignin'den oluşur. Bu atıklar havasız ortamda ısıtıldıklarında operasyon şartlarına bağlı olarak katran, gazlar, yağlar gibi çok değişik piroliz ürünlerine dönüşürler. Bu çalışmada hammadde olarak kullanılan vişne çekirdekleri birinci aşamada piroliz yöntemi ile karbonize edilmiş, ikinci aşamada ise HNO3, H3PO4, KOH ve ZnCİ2 gibi kimyasallar kullanılarak kimyasal aktivasyona tabi tutulmuştur. Uygulanan kimyasal aktivasyon sonucu elde edilen aktif karbonların yüzey alanlarının ve gözenek yapılarının gelişimi sağlanmıştır. Deneylerde kullanılan ekipmanlar, silindirik sabit yataklı ve elektrikle ısıtılan bir piroliz reaktörü, sıcaklık kontrol ünitesi, akış ölçer, sıvı ve gaz ürünlerin uzaklaştırılması için su ile soğutulan bir yoğuşturucudur. İçerisinde azot gazının sürükleyici olarak kullanıldığı reaktör, seçilen sonuç sıcaklık olan 773 K'e, dakikada 5 K'lik sabit bir sıcaklık artış hızı ile ısıtılmış ve bu sıcaklıkta 120 dakika boyunca tutulmuştur. Her deney için 35 gram'lık bir biyokütle reaktöre beslenmiştir. Aktivasyon şartlan, üretilen aktif karbonların kalitesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. HNO3, H3PO4, KOH ve ZnCİ2 kullanılarak gerçekleştirilen aktivasyon deneyleri sonucu üretilen aktif karbonların gözenek yapılarının mikro gözenekler ve makro gözenekler şeklinde olduğu saptanmıştır. Bu kimyasallar arasında en iyi sonuçları veren potasyum hidroksit kullanılarak yapılan kimyasal aktivasyonda, makro gözenek hacim ve çapında azalma, mikro gözenek çapında ise artış meydana gelmiştir. Yapılan tüm deneylerde üretilen aktif karbonlar, azot BET yöntemi, civa porozimetresi, SEM ve FT-IR kullanılarak karakterize edilmiştir.