Portakal posasından (Citrus sinensis L.) kimyasal aktivasyon ile aktif karbon üretiminde proses parametrelerinin etkisinin incelenmesi

Aktif karbon, karbon içerikli ham maddelerden üretilen gözenekli yapıya sahip bir materyaldir. Geniş yüzey alanı, büyük gözeneklilik, iyi gelişmiş gözenek yapısı, mikro ve mezo gözenekliliği yanı sıra yüzey fonksiyonel özellikleri farklı birçok alanda kullanılabilir olmasını sağlamaktadır. Aktif karbon çeşitli endüstriyel uygulamalarda tercih edilen bir adsorban maddedir. Geniş yüzey alanı ve yüksek gözenek hacmi nedeniyle boyar madde giderimi, çeşitli maddelerin saflaştırılmasında (altın, hava, su vb.), çözücülerin geri kazanımı, çevresel kirleticilerin uzaklaştırılması, endüstriyel atık sulardan farmasötik atıkların uzaklaştırılması, ağır metallerin ve organik bileşiklerin sulu çözeltilerden giderilmesi işlemlerinde kullanılır. Son yıllarda gıda atıklarının oluşumu sosyal, ekonomik ve çevresel problem olarak nitelendirilmektedir. Tarım ve hayvancılık, hasat sonrası ambalajlama, depolama, işleme, dağıtım ve tüketim aktiviteleri gıda tedarik zinciri boyunca atık oluşumuna neden olmaktadır. Endüstriyel gıda atıklarının etkin kullanımını amaçlayan tekniklerin uygulamaları, ekonomik değeri düşük bu materyallere değer katabilme potansiyeline sahiptir. Bu nedenle gıda atıklarının değerlendirilmesi son zamanlarda önem kazanmıştır. Ticari olarak üretilen aktif karbonların fiyatının giderek artması, düşük maliyetli aktif karbon elde edilmesi çalışmalarını hızlandırmıştır. Son zamanlarda araştırmacılar tarafından endüstriyel organik tarımsal atıklardan aktif karbon üretimi çalışmalarına olan ilgi artmıştır. Yapılan çalışma kapsamında ham madde olarak meyve suyu endüstrisi atığı olan portakal posasından (Citrus sinensis L.) kimyasal aktivasyon yöntemi ile aktivasyon ajanı çinko klorür (ZnCl2) kullanılarak aktif karbon üretilmiştir. Üretilen aktif karbonların proses parametreleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Farklı emdirme oranları (1:1, 2:1, 3:1 ve 4:1) (ZnCl2/ Portakal posası) ve farklı aktivasyon sıcaklıklarında (500-900°C) çalışılarak aktivasyon sıcaklığının BET yüzey alanı, gözenek hacmi, gözenek yapısı gibi özelliklere olan etkisi incelenmiştir. Çinko klorür aktivasyon ajanı ile emdirilen ham madde 500-900°C aralığında, 5°C/dk ısıtma hızında, 200-300 cm3/dk azot gazı (N2) akışı altında gerçekleştirilmiş ve son sıcaklıkta 2 saat tutulmuştur. Proses parametrelerinin aktif karbon ve ham madde üzerindeki etkileri aktif karbon verimi, BET yüzey alanı, mikro ve mezo gözenek alanı, gözenek hacimleri, FTIR, TG/DTG, SEM gibi elementel analizler ile belirlenmiştir. En geniş yüzey alanının 1779.48 m2/g olarak 500°C sıcaklıkta, 3:1 oranında karıştırılarak üretilen aktif karbondan elde edildiği belirlenmiştir. Aynı zamanda bu parametrede elde edilen aktif karbonun mikro gözenek alanı (1383.20 m2/g) ve mikro gözenek hacimlerinin (1.100 m3/g) de diğer aktif karbonlara göre yüksek olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre aktivasyon sıcaklığının artması ile yüzey alanının azaldığı tespit edilmiştir. Aktivasyon işlemi sonrası karbon içeriği artar iken, hidrojen ve oksijen içeriğinin genel olarak azaldığı belirlenmiştir. Farklı emdirme oranı ve aktivasyon sıcaklıklarında üretilen aktif karbonların nem ve kül içeriği, uçucu madde miktarı ile sabit karbon değerlerindeki değişimler incelendiğinde ise aktivasyon sıcaklığının artmasıyla birlikte nem içeriğinin azaldığı sabit karbon miktarının arttığı görülmüştür. Aktif karbon verim hesaplamalarına göre aynı emdirme oranındaki aktif karbonlarda aktivasyon sıcaklığının artması ile verimin azaldığı tespit edilmiştir. En yüksek verimin 1:1 oranında 500°C'de üretilen aktif karbondan %21.26 olarak elde edildiği görülmüştür. FTIR analizi portakal posası ile farklı sıcaklık ve emdirme oranlarındaki aktif karbonlarda uygulanmıştır. Portakal posasındaki bazı pikler aktif karbonda oluşmamıştır. Aktif karbonun FTIR spektrumu ham maddenin FTIR spektrumu ile karşılaştırıldığında fonksiyonel gruplarında değişimler olduğu görülmüştür. Bu durum karbonil ve aromatik grupların ısıl işlemden etkilendiğini göstermiştir. TG/DTG analizi ile sıcaklık/kütle kaybı ilişkisi araştırılmıştır. TG/DTG eğrisi ile termal bozunma üç aşamada gerçekleşmiş olup kütle kayıpları olduğu görülmüştür. Aktif karbon üretiminde uygun ham madde seçiminin proses parametreleri üzerinde olumlu etkileri olduğu belirlenmiştir. Endüstriyel gıda atığı olan portakal posasının düşük maliyetli aktif karbon üretiminde tercih edilebileceği görülmüştür. Aktif karbonların geniş yüzey alanı sayesinde iyi birer adsorbent olmaları nedeniyle de safsızlık giderme işlemlerinde sıklıkla kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.