Production of bio-based porous carbon material from lignocellulosics

Fosil kaynaklar bugün ekonomiyi yönlendirmektedir. Fosil kaynakların sınırlı rezervleri, çevre kirliliği ve fosil yakıtların kullanımından kaynaklanan sera gazı emisyonları ve ülkelerin ham petrol bağımlılığını azaltma istekleri, alternatif arayışlarına yol açmıştır. Biyokütleden katma değerli ürünler (biyo-kökenli kimyasallar, fonksiyonel malzemeler ve biyoyakıtlar dahil olmak üzere) üretilmesine dayanan biyo-kökenli ekonomi, fosil yakıtlara bağımlılığı azaltmada büyük bir etkiye sahiptir. Ayrıca, biyo-kökenli ekonomiyi uyarlamak kaynak verimliliğini arttırır, emisyonları azaltır ve kırsal kalkınmayı hızlandırır. Biyokütle kaynakları arasında, tarımsal artıklar/atıklar ve orman artıkları/atıkları gibi lignoselülozik biyokütle özel ilgi gerektirir. Doğrudan bir nihai ürün veya istenilen ürünü üretmek için bir ara ürün olarak kullanılabilecek farklı platform moleküllerini üretmek için çeşitli dönüşüm yöntemleri vardır. Hidrotermal karbonizayon (HTC), biyo-kökenli kimyasallar, karbon bakımından zengin materyaller ve daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip yakıtlar dahil olmak üzere, çeşitli katma değeri yüksek ürünler üretme olanağı sağlayan termokimyasal dönüşüm yöntemleri arasındadır. Bu tez, a) orijinal hammaddelerine göre daha iyi özelliklere sahip katı yakıtlar elde etmek, b) biyo-kökenli aktif karbon üretmek için bir öncü elde etmek için bir yöntem olarak hidrotermal karbonizasyonu sunmaktadır. Bu nedenle, bu çalışma iki bölümden oluşmaktadır: 1) seçilen lignoselüloziklerin hidrokoklarının üretilmesi ve lignoselüloziklerin yakıt özelliklerinin ilgili hidrokoklarıyla karşılaştırılması, 2) gözenekli aktif karbonlar üretmek için bu hidrokokların KOH ile aktivasyonu ve gözenekli yapının hammadde cinsine göre değerlendirilmesi. 220°C'de 90 dakika boyunca hidrotermal olarak karbonize edilen odun talaşı, ceviz kabuğu, çay sapı, zeytin küspesi, kayısı çekirdeği ve çotanak lignoselülozik biyo-atık olarak kullanılmıştır. Bu lignoselüloziklerin hidrokokları 600°C'de KOH ile kimyasal aktivasyonla aktive edildi. Odun talaşı, ceviz kabuğu, çay sapı, zeytin küspesi, kayısı çekirdeği ve çotanak biyokütle örnekleri ve bunlara karşılık gelen hidrokoklar karşılaştırıldıklarında, HTC'den sonra yakıt kalitesindeki iyileşme dikkat çekicidir. Tüm hidrokoklar daha düşük uçucu madde içeriği ve hidrojen içeriği göstermiştir. Tüm hidrokokların sabit karbon içeriği orijinal ham numunelerinden daha yüksekti, bu da daha yüksek net kalorifik değerlere neden oldu. Isıl değerdeki yüzde artış %30 (zeytin küspesi) ile %14 (odun talaşı) arasındadır. Hidrokoklar arasında, zeytin küspesi yüksek ısıl değeri (6106 cal/g) ve düşük kül yüzdesi (%5.5) açısından en iyi iyileşmeyi göstermiştir. Tüm hidrokoklar bitümlü kömür kadar yüksek ısıl değerlere sahiptir. Aktif hidrokoklar 308.9 m2/g ile 666.7 m2/g (odun talaşı ve çay sapı aktif hidrokokları) arasında BET yüzey alanları ve 0.25 cm3/g ile 0.73 cm3/g (zeytin küspesi ve odun talaşı aktif hidrokokları) arasında toplam gözenek hacimleri göstermiştir. Aktif hidrokokların ortalama gözenek boyutu dağılımları 1.05 nm (zeytin küspesi) ve 4.74 nm (odun talaşı) arasında sıralanmaktadır. Tüm tarımsal kökenli aktif hidrokoklar mikro gözenekli yapıya denk gelen 1.05 nm ve 1.25 nm aralığında ortalama gözenek boyutu dağılımına sahiptir. 4.74 nm ortalama gözenek boyutu ile odun talaşı aktif hidrokoku mezo gözenekli yapı altında sınıflandırılmıştır. Bu tez açıkça şunu belirtir: - Lignoselülozik biyokütle türü, karşılık geldiği hidrokokun miktarını ve karakteristiklerini etkiler. - HTC, lignoselüloziklerin nem ve uçucu madde içeriğini azaltmak için çok etkili bir yöntemdir. - HTC, lignoselüloziklerin sabit karbon içeriğini ve ısıl değerini artırmak için çok etkili bir yöntemdir. - HTC'den sonra, tüm hidrokoklar benzer piroliz ve yanma profili gösterir, tek fark karakteristik sıcaklıkların (maksimum kütle kaybı oranı, tutşma sıcaklığı ve tükenme sıcaklığı) yüksek değerlere kaydırılmasıdır. - HTC, lignoselüloziklerin yakıt özelliklerini geliştirmek için çok etkili bir yöntemdir. - HTC, tek başına, ham hammaddelerine kıyasla daha yüksek gözenekli yapıya sahip hidrokoklar de üretir. - HTC'nin KOH ile aktivasyonu, mikro gözenekli yapı oluşumunu önemli ölçüde etkiler. - Lignoselülozik malzemenin türü (özellikle ligninin yapısı) gözenekli yapı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir.