Hurma çekirdeklerinden hidrotermal yöntemle sürdürülebilir karbon esaslı malzemelerin üretilmesi, kirlilik giderme ve süperkapasitör performanslarının incelenmesi

Bu yüksek lisans çalışmasındaki temel amaç atıl durumdaki biyokütleden karbon esaslı malzemeler hazırlamak, hazırlanan bu malzemelerin atık sulardaki boyarmadde kirliliğini giderme kapasitelerini belirlemek ve süperkapasitör olarak kullanımının uygunluğunu tespit etmektir. Son yıllarda atık biyokütlelerden karbon esaslı fonksiyonel malzemelerin elde edilmesinde kullanılan yöntemlerden bir tanesi de hidrotermal karbonizasyon (HTK) yöntemidir. Bunun için özellikle ülkemizde Ramazan aylarında ciddi anlamda atığı oluşan hurma çekirdekleri (HÇ) hammadde olarak kullanılabilir. HÇ' den elde edilen hidrokömürün (HÇHK) optimum üretim koşulları, karakterizasyonu, adsorpsiyon kapasitesi ve süperkapasitör performansının tespiti üzerine deneysel ve spektroskopik çalışmalar gerçekleştirildi. Ayrıca HÇ' den optimum koşullarda HTK yöntemi ile Fe(NO3)3 ve Co(NO3)2 ile tek basamakta etkileştirilerek elde edilen manyetik hurma çekirdeği hidrokömür kompozit (MHÇHK) içinde karakterizasyon çalışmaları yapıldı. HÇHK ve MHÇHK ile Metil Oranj (MO) ve Metilen Mavisi (MM)' nin sulu çözeltiden adsorpsiyon çalışmaları gerçekleştirildi. HÇ' nin HK' sına sıcaklık ve sürenin etkisi incelenerek üretim koşulları optimize edildi. 180oC, 200oC, 240oC sıcaklık ve 6, 12, 24 saatlik sürelerde yapılan çalışmalar sonucunda 200oC sıcaklık ve 6 saatlik süre optimal değerler olarak tespit dildi. Optimal HÇHK ve MHÇHK yüzey fonksiyonel gruplarını belirlemek için FT-IR spektrumları, morfolojik özelliklerini belirlemek için SEM analizi, kristal özelliklerini aydınlatmak için XRD analizi ve elementel kompozisyonlarını (CHNS) belirlemek için elementel analizler yapıldı. MM ve MO boyarmaddelerinden hazırlanan 500 mg/L'lik stok çözeltilerden farklı derişimlerde çözeltiler hazırlandı. 0.1 g HÇHK ve MHÇHK 24 saat, 25oC ve 100 rpm çalkalama hızında karıştırılarak adsorpsiyon çalışmaları gerçekleştirildi. İzoterm verileri Langmuir ve Freundlich izoterm modellerinde değerlendirildi. Korelasyon katsayısı (R2) ve diğer izoterm parametrelerinden yararlanarak 298 K'de MO ve MM için en uygun adsorpsiyonun Langmuir izoterm modeline uyduğu tespit edildi. Langmuir izoterm modelinden, uzaklaştırılan maksimum MO miktarı 45.87 mg/g, MM miktarı ise 20.58 mg/g olarak belirlendi. Buda MO adsorpsiyonunun MM' ne göre daha fazla olduğu anlamına gelmektedir. Bu durum HÇHK' nın MO'ı MM'ne göre daha fazla adsorpladığını göstermektedir. Çizelge 4.1 de KF değerleri MO için 11.6267 (mg/g)(L/mg)-(1/n), MM için 3.9785 (mg/g)(L/mg)-(1/n)' dır. Freundlich izoterm modelinde de MO adsorpsiyonunun daha fazla olduğu görülmektedir. MHÇHK için R2 ve diğer izoterm parametrelerine bakıldığında MO ve MM için en uygun adsorpsiyon izoterm modelinin Langmuir olduğu görülmektedir. Langmuir izoterm modeline göre uzaklaştırılan maksimum MO miktarı 82.65 mg/g, MM miktarı ise 60.98 mg/g olarak bulunmuştur. Buda MHÇHK' nın MO' ı, MM' ne göre daha fazla adsorpladığı anlamına gelmektedir. Çizelge 4.2'deki KF değerleri MO için 10.83 (mg/g)(L/mg)-(1/n), MM için 9.99 (mg/g)(L/mg)-(1/n)' dır. Freundlich izoterm modelinde de MHÇHK için MO adsorpsiyonunun daha fazla olduğu görülmektedir. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda manyetik madde kullanımının adsorplanan madde miktarını MO ve MM için arttırdığı tespit edilmiştir. Ayrıca hurma çekirdeğinden elde edilen HÇHK ve MHÇHK'nın kapasitans özellikleri belirlenerek süperkapasitör olarak kullanımlarının uygunluğu incelendi. HÇHK ve MHÇHK'dan elektrotlar hazırlanarak oluşturulan elektrotların kapasitif performansları, dönüşümlü voltametri (CV) tekniği ile araştırıldı. Çalışmalar, Ag/AgCl referans elektrota karşı 0.5 M Na2SO4 elektroliti içerisinde 5-100 mV/s tarama hız aralığında ve -0.5-0 V potansiyel aralıklarında gerçekleştirildi. HÇHK ve MHÇHK'dan elde edilen elektrotlar birbiri ile kıyaslandığında; HÇHK elektrotunun (13.69 F/g), 5 mV/s tarama hızında MHÇHK'dan (1.20) daha yüksek kapasitif performansa sahip olduğu belirlendi