BADEM KABUĞU İLE KAYISI VE ŞEFTALİ ÇEKİRDEĞİNDEN HAZIRLANAN LİGNO-SELÜLOZİK KARIŞIMDAN KİMYASAL AKTİVASYONLA AKTİF KARBON ELDESİ

Abstract

Aktif karbonlar; yüksek yüzey alanı, gözenek hacmi ve adsorptif özellikleri nedeniyle çevre, kimya, ilaç ve gıda endüstrisinde adsorbent, katalizör, katalizör destek malzemesi ve elektrot malzemesi olarak yaygın bir şekilde kullanılan malzemelerdir. Bu nedenle aktif karbona olan ihtiyaç günden güne artmaktadır. Aktif karbonlar yüksek karbon ve düşük inorganik madde içeriğine sahip materyallerden fiziksel ve/veya kimyasal aktivasyon işlemleriyle elde edilirler. Aktif karbonlar; kullanılan ham madde, aktivasyon metodu ve şartlarına bağlı olarak nispeten pahalı adsorbentlerdir. Yüksek maliyeti yaygın kullanımını sınırlandırmaktadır. Aktivasyonda uygulanan temel işlemler değiştirilemediğinden, daha düşük maliyetli aktif karbonlar elde edebilmek amacıyla, son zamanlarda ekonomik değeri olmayan veya çok düşük olan bitkisel artık ve atıkların bu amaçla kullanılabilirliği araştırılmaktadır. Bu çalışmada; tarım/gıda endüstrisinin birer artığı olan badem kabuğu ile kayısı ve şeftali çekirdeği karışımından hazırlanan üçlü hammaddeden fiziksel ve kimyasal aktivasyon yöntemleriyle farklı iki aşamada aktif karbon elde edilmiştir. Birinci aşamada; saf karbondioksit atmosferinde farklı sıcaklıklarda fiziksel aktivasyonla, ikinci aşamada ise farklı ZnCl2/üçlü karışım oranlarında çinko klorürle, farklı süre ve sıcaklıklarda kimyasal aktivasyona tabi tutulan karışımın saf karbondioksit atmosferinde farklı sıcaklık ve sürelerde karbonizasyonuyla aktif karbonlar elde edilmiştir. Elde edilen aktif karbonlar; BET yüzey alanı, toplam gözenek hacmi, por çapı, kül içeriği, elementel analiz, pHzpc, FTIR, Boehm titrasyonu, termogravimetrik (TG) ve SEM analizleriyle karakterize edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre; fiziksel aktivasyonla tatminkar özelliklere sahip aktif karbonların elde edilemediği ancak ZnCl2 kimyasal aktivasyonuyla ticari aktif karbon özelliklerine sahip aktif karbonların elde edilebildiği belirlenmiştir. Özellikle impregnasyon oranı, süresi ve sıcaklığı ile karbonizasyon sıcaklığının aktif karbon özellikleri üzerinde önemli etkiye sahip olduğu tespit edilmiştir. Üçlü ham madde karışımının 15/40 ve üzerinde ZnCl2/üçlü karışım oranında ZnCl2 ile 25°C'de 24 saat kimyasal olarak aktive edilip, 700°C sıcaklıkta, 60 dk süreyle karbonize edilmesiyle ticari özelliklere sahip aktif karbonlar elde edilmiştir. Bu şartlarda elde edilen aktif karbonların; 792.33 – 2073.04 m2/g arası BET yüzey alanı, 0.2302 – 1.0918 cm3/g arası toplam gözenek hacmi, 1.8332 – 2.4700 nm arası por çapı, % 0.16 - 0.30 arası kül içeriği, 5.68 – 6.59 arası pHzpc değerine sahip olduğu ve yüzeylerinde asidik fonksiyonel grupların baskın olduğu belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Aktif Karbon, Piroliz, Badem Kabuğu, Şeftali Çekirdeği, Kayısı Çekirdeği, Aktivasyon, Karbonizasyon

Activated Carbon Preparation from Ligno-cellusosic Mixture of Almond Shell, Apricot and Peach Stones by Chemical Activation Activated carbons are the most widely used materials in industrial scale as an adsorbent, catalyst, catalyst support, electrode material, and so on, thus it has played an important role in the environmental applications, chemical, pharmaceutical and food industries due to their high surface area, pore volume and adsorption ability. Therefore, demand for activated carbon is increasing day by day. Activated carbons can be prepared from a variety of precursors with high carbon content and low inorganic compounds by physical and/or chemical activation. Activated carbon is relatively expensive product and its cost depends on the raw material, activation method and operational conditions used in its preparation. The cost generally limits widespread use of the activated carbon. Since unit operations for activation can not be changed, in order to achieve more cost-effective active carbon, very low or non-commercial availability of waste materials, agricultural by-products or residues is being investigated for this purpose nowadays. In this study, activated carbon was obtained in two stages from mixture of almond shell, apricot and peach stones by physical and chemical activation methods. In the first stage, activated carbon was prepared under pure carbon dioxide at different activation temperatures. In the second stage, it was prepared from the mixture subjected to chemical activation by ZnCl2 at different ZnCl2/grape stalk weight ratios, penetration times and temperatures at different carbonization temperatures and times under the pure carbon dioxide atmosphere. The obtained activated carbons were characterized by BET surface area, total pore volume, pore size, ash content, elemental analysis, pHzpc, FTIR, Boehm titration, thermogravimetric (TG) and SEM analysis. According to results obtained, it has been determined that active carbons having satisfactory properties with physical activation can not be obtained but it can be obtained by ZnCl2 chemical activation. In particular, it has been found that impregnation rate, duration and temperature and carbonization temperature have a significant effect on the activated carbon properties. Activated carbons with commercial properties could be obtained by chemically activating at the conditions of ZnCl2/mixture weight ratio of 15/40 and over at 25°C for 24 hours and carbonized at for 700°C for 60 minutes. The activated carbons obtained under these conditions have the following characteristics: BET surface area from 792.33 to 2073.04 m2/g, total pore volume from 0.2302 to 1.0918 cm3/g, por size from 1.8332 to 2.4700 nm, ash content from 0.16 to 0.30 %, pHzpc value from 5.68 to 6.59 and acidic surface functional groups. Key Words: Activated Carbon; Pyrolysis, Almond Shell, Peach Stone, Apricot Stone, Activation, Carbonization