Bazı bitkisel posalardan nano-gözenekli aktif karbonlar üretilmesi ve bazı adsorpsiyon uygulamalarında kullanılabilirliğinin incelenmesi

Bu doktora çalışmasının temelini, sahip olduğu yüksek yüzey alanı ve gözenekliliğinden dolayı geçmişten günümüze önemini hiç kaybetmeden koruyan aktif karbonların hazırlanması çalışmalarına katkı sağlamak amacıyla yeni tür ucuz aktif karbonların hazırlanması oluşturmaktadır. Aktif karbonların ucuz, bol miktarda ve kolay bulunabilen, endüstriyel faaliyetler sonucu oluşan atık değeri yüksek bitkisel hammaddelerden elde edilmesi son yıllarda bu alandaki çalışmaların merkezinde yer almaktadır. Bunun için, atık değeri yüksek, temin edilmesi kolay ve ekonomik olan üç farklı bitkisel posadan yeni tür nano-gözenekli aktif karbonların hazırlama koşullarının optimize edilmesi ve onların bazı fiziksel ve kimyasal yöntemlerle karakterizasyonu amaçlanmıştır. Bu amaçla, aktif karbonların hazırlanmasında gıda endüstrisinde işlenme aşamalarından sonra yüksek miktarda oluşan üzüm, domates ve harnup (keçiboynuzu) posaları gibi endüstriyel tarımsal atıklar hammadde olarak seçilmiştir. Seçilen posaların aktif karbon hazırlanmasına uygunluklarını tespit etmek amacıyla bileşen, proksimate, ultimate ve termogravimetrik analizleri gerçekleştirilmiştir. Aktif karbonları hazırlamaya uygun oldukları analizlerle desteklenen posalarla aktif karbonların hazırlanmasında ZnCl2 ile kimyasal aktivasyon yöntemi tercih edilmiştir. Aktif karbonları hazırlama koşullarının optimize edilmesi için azot gazı ortamında sırasıyla aktivatör emdirme oranı, karbonizasyon/aktivasyon sıcaklığı ve karbonizasyon/aktivasyon süresi etkileri incelendi. Optimum hazırlama koşulları olarak emdirme oranı, karbonizasyon/aktivasyon sıcaklığı ve süresi sırasıyla 6:1 gZnCl2/gposa, 600oC ve 1 saat olarak belirlendi. Belirlenen optimum koşullarda hazırlanan aktif karbonların fizikokimyasal özellikleri; yüzey alanı ve gözenek boyut dağılımları, FT-IR, XRD, SEM, proksimate ve ultimate analizler ile Boehm titrasyonu ve yüzey sıfır yük ölçümleri gibi çeşitli fiziksel ve kimyasal yöntemlerle karakterize edildi. Ayrıca, kimyasal aktivatör etkisini gözlemlemek için ZnCl2 kullanmadan azot atmosferinde belirlenen optimum koşullarda (600 oC ve 1 saat) karbonize edilerek biyokarbonlar ve yine belirlenen optimum koşullarda (600 oC ve 1 saat) karbonizasyon sonucu elde edilen biyokarbonların 800 oC'ta CO2 ile yapılan fiziksel aktivasyonu sonucu fiziksel aktive edilmiş aktif karbonlar hazırlandı. Hazırlanan biyokarbonlar ve fiziksel aktif karbonların yüzey alanı ve gözenek boyut dağılımları analiz edilerek karakterize edildi. Hazırlanan optimal aktif karbonların sulu çözeltiden adsorplama yeteneklerini test etmek üzere tekstil endüstrisinde sıklıkla kullanılan farklı iyonik karakterli boyarmaddeler olan malahit yeşili ve kongo kırmızısı ile ilaç endüstrisinde yaygın olarak kullanılan antibiyotik grubunun önemli bir üyesi olan tetrasiklin adsorplanan olarak kullanıldı. Uzaklaştırma verimlerini optimize etmek için çözelti pH'ı, adsorplayıcı dozu, adsorplanan başlangıç derişimi ve denge süresi, iyonik şiddet (tuz) ve sıcaklık etkileri gibi çeşitli parametrelerin etkileri incelendi. Belirlenen optimum adsorpsiyon koşullarında kinetik ve izoterm çalışmaları gerçekleştirildi. Yapılan kinetik ve izoterm çalışmalarından, adsorpsiyonlarının kısa sürede, yüksek derişimlerde ve yüksek sıcaklıklarda gerçekleştiği gözlenmiştir. Aynı zamanda hazırlanan biyokarbon ve fiziksel aktif karbonlarla optimal aktif karbonların maksimum adsorpsiyon sıcaklıklarında, performans kıyaslaması için adsorpsiyon çalışmaları gerçekleştirildi. Ayrıca, hazırlanan optimal aktif karbonların yeniden kullanılabilirliğini tespit etmek için değişik eluentler ile adsorpsiyon-desorpsiyon periyot çalışmaları yapıldı. Yapılan çalışmalar doğrultusunda elde edilen sonuçlar, ülkemizde bol miktarda atık durumunda bulunan ve ilk kez tarafımızdan bu tez kapsamında seçilen üzüm, domates ve harnup (keçiboynuzu) posalarının aktif karbon hazırlamada hammadde olarak kullanılabileceğini, bunlardan elde edilen optimal aktif karbonların gözenek karakteristikleri, çözeltiden farklı kirleticileri adsorplama performansları ve üretim maliyet analizlerinden ucuz ve yüksek adsorplama kapasiteli ticari aktif karbon üretiminde kullanılması için önerilebileceğini göstermiştir. Not: Üzüm posası ve ondan elde edilen optimal aktif karbonunun karakterizasyonuna ilişkin kısmı "Conversion of grape industrial processing waste to activated carbon sorbent and its performance in cationic and anionic dyes adsorption" ismiyle "Journal of Cleaner Production" dergisinde yayınlanmak üzere dergi tarafından kabul edildi. Anahtar kelimeler: Endüstriyel tarımsal atıklar, aktif karbon, Malahit yeşili, Kongo kırmızısı, Tetrasiklin, kinetik, izoterm, termodinamik, desorpsiyon.