Şeker pancarı küspesinden aktif karbon elde edilmesi ve karakterizasyonu ve Cu(II) iyonlarının adsorpsiyonunda kullanılması

ÖZET Yüksek Lisans Tezi Şeker Pancarı Küspesinden Aktif Karbon Elde Edilmesi, Karakterizasyonu ve Cu(II) İyonlarının Adsorpsiyonunda Kullanılması Muhammet Şaban TANYILDIZI Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı 1999, Sayfa 77 Atık su sistemlerinden ağır metallerin adsorpsiyonla uzaklaştırılmasında en çok kullanılan adsorbentlerden biri aktif karbondur. Aktif karbon ticari olarak odun, antrasit, linyit ve bitümlü kömürler gibi karbon içeriği yüksek maddelerden üretilmekle birlikte, badem ve kayısı çekirdeklerinin kabuklan, fındık ve hindistan cevizi kabukları, zeytin, şeftali ve üzüm çekirdekleri ile şeker kamışı bağası gibi bazı tarımsal yan ürünlerin de aktif karbon üretiminde kullanıldığı çalışmalar mevcuttur. Bu çalışmada şeker endüstrisinin yan ürünü olan pancar küspesinin karbon dioksit akımında karbonize edilmesi ile aktif karbon üretimi amaçlanmıştır. Ayrıca hazırlanan aktif karbon örneklerinin bazı karakteristikleri belirlendikten sonra bu örnekler sulu çözeltilerden Cu(ü) iyonlarının adsorpsiyonunda kullanılmıştır. Karbonizasyon işlemi 50 gram pancar küspesinin sabit bir yatakta 15 ile 120 dakika arasında değişen sürelerde farklı sıcaklıklarda (350-750 °C) tutulması ile gerçekleştirildi. Pancar küspesinden aktif karbon elde edilme verimi karbonizasyon sıcaklığına ve süresine bağlı olarak azalmaktadır. Aktif karbon örneklerinin kül içeriği oldukça yüksektir. Hazırlanan aktif karbon örneklerinin sulu süspansiyonlarının pH'sı 8.55 -11.0n arasında değişmektedir ve yüksek sıcaklıkta uzun süreli karbonizasyonla elde edilen örneklerin pH değeri daha baziktir. Farklı şartlarda elde edilen aktif karbon örneklerinin iyot sayılan, karbonizasyon şartlarına bağlı olarak düzenli bir değişim göstermemektedir. Pancar küspesinin 400 °C'de 120 dakika süre ile karbonizasyonundan elde edilen aktif karbon örneğinin iyot sayısı 417.2 mg-Vg'dır. Bu tayin edilen en yüksek iyot sayısı değeridir. Elde edilen aktif karbon örneklerinin fenol adsorpsiyonu ile tayin edilen yüzey alanları karbonizasyon süresi ve sıcaklığı ile artmaktadır. Aktif karbon örneklerinin karbon içeriği karbonizasyon sıcaklığı ve süresine bağlı olarak azaldığı halde asitte çözünmeyen inorganik madde miktarı artmaktadır. Hazırlanan aktif karbon örnekleri ile Cu(II) iyonlarının adsorpsiyonunun incelendiği deneylerde, en etkin gidermenin pancar küspesinin 750 °C'de 120 dakika süre ile karbonizasyonundan elde edilen aktif karbon örnekleri (A-120-750) ile sağlandığı belirlenmiştir. Cu(II) iyonlarının adsorpsiyonu için optimum pH 5.30 olarak belirlenmiştir. Bu pH'da 50 mg/1'lik bakır çözeltisinin 1 g/l dozunda aktif karbonla 180 dakika süre ile oda sıcaklığında temas ettirilmesi sonucunda mevcut bakırın % 72.0'si giderilmiştir. Aynı şartlarda pH'mn 7.8'e çıkarılmasıyla bakır iyonlarının tamamı giderilmiştir. Ancak pH'mn 5.30'dan daha yüksek olduğu ortamlarda Cu(II) iyonları hidroksit halinde çökeceğinden, diğer adsorpsiyon parametreleri ile ilgili deneyler pH 5.30'da gerçekleştirilmiştir. Adsorpsiyon prosesi için dengelenme süresi 180 dakika olarak tespit edilmiştir. Aktif karbon dozunun artırılmasıyla adsorpsiyon veriminin arttığı ve 3 g/l dozunda aktif karbonun (A-120-750) kullanılmasıyla 50 mg/l'lik çözeltideki bakırın % 99.6'sı giderilmiştir. Diğer taraftan 20, 40 ve 60 °C'de yapılan deneylerinin sonuçlan Langmuir ve Fruendlich izotermlerine uygulanmıştır. Hesaplanan izoterm sabitlerinden, bakır adsorpsiyon veriminin sıcaklıkla arttığı belirlenmiştir. Maksimum adsorpsiyon kapasitesinin (qmax) 20, 40 ve 60 °C'deki değerleri sırasıyla 63.69, 74.63 ve 78.12 mg/g olarak tespit edilmiştir. Kf'in değerleri qmax'a göre düşük olmakla birlikte, sıcaklıkla daha belirgin bir şekilde artmaktadır. Proses için entalpi değişimi, incelenen sıcaklık aralığında 8373.2 j/mol olarak hesaplanmıştır. Prosesin serbest enerji değişimi negatiftir ve değeri sıcaklığa bağlı olarak 21.1 1 ile 25.14 kj/mol arasında değişmektedir.m Sonuç olarak pancar küspesinden hazırlanan aktif karbonla sulu çözeltilerden Cu(II) iyonlarını etkili bir şekilde uzaklaştırmak mümkündür. İzoterm eşitliklerinden hesaplanan adsorpsiyon kapasitelerinin yüksek olması yukarıdaki düşünceyi teyit etmektedir. Ancak, karbonizasyon işlemlerinin yüksek sıcaklıkta gerçekleştirilmesi maliyet yönünden önemli bir dezavantaj olarak değerlendirilebilir. Anahtar Kelimeler: Aktif karbon, Bakır, Adsorpsiyon, Şeker pancarı küspesi.