Atık biyokütleden elde edilen aktif karbonun metilen mavisi adsorpsiyonunda kullanımı

Abstract

Aktif karbon geçmişi çok eskilere dayanan, kullanımı gittikçe artan ve adsorpsiyon amacıyla kullanılan bir maddedir. Aktif karbon; yüksek karbon içeriğine sahip maddelere uygulanan aktivasyon prosesi ile yüzey alanı ve gözenek hacmi oldukça geliştirilmiş adsorban malzeme olarak tanımlanabilmektedir.

Hammadde, hazırlanması düşünülen aktif karbon özelliklerini belirleyen en önemli etkenlerden birisidir. Aktif karbon üretiminde kullanılacak hammadde için bir sınırlama olmamasına rağmen, düşük inorganik içerikli, yüksek karbon içeriğine sahip ucuz hammaddeler, aktif karbon üretimi için tercih edilmektedir. Ülkemiz aktif karbon üretiminde hammadde olarak kullanılabilecek birçok kaynağa sahiptir. Bu kaynaklar arasında karbon içeriği yüksek, rezervi bol linyit, biyokütle (odun talaşı, meyve çekirdekleri ve kabukları vb.) ve endüstri atıkları yer almaktadır.

Bu araştırmada, Afyon Alkaloidleri Fabrikasında atık olarak ortaya çıkan haşhaş kapsülü küspesinin pirolizi sonucunda elde edilen katı ürün (char), fosforik asit ile aktive edilmiş ve daha sonra karbonizasyonu yapılarak aktif karbon elde edilmiştir. Hazırlanan aktif karbon numunesinin, metilen mavisi adsorpsiyon çalışmaları yapılıp performans değerlendirmesi yapılması hedeflenmiştir. Bunun için atık hammaddemizin önce 400 °C ve 500 °C’de pirolizi yapılmıştır. Bu numunelerimiz ağırlıkça 2:1, 3:1 ve 4:1 oranlarında H3PO4 ile aktive edilerek her bir numune 400, 600 ve 800 °C’de karbonize edilmiştir. Elde edilen numunelere uygulanan metilen mavisi adsorpsiyon deneyleri sonucunda en iyi performansı; 400 °C’de pirolizi yapılan, kütlece 3:1 oranında H3PO4 ile aktive edilen ve son olarak karbonizasyon sıcaklığı 800 °C olan numune gözlemlenmiştir. Daha sonra bu numunenin adsorpsiyon verimini başlangıç metilen mavisi konsantrasyonu, sıcaklık, pH, başlangıç adsorban miktarı gibi parametrelerin ne şekilde etkilediği araştırılmıştır. 100 ppm başlangıç metilen mavisi konsantrasyonu, 25 °C sıcaklık, pH 8 ve 0,05 g başlangıç adsorban miktarındaki adsorpsiyon kapasitesi en iyi performansı vermiştir. Numunenin adsorpsiyon izotermlerinden hangisine uyumlu olduğunu anlamak için adsorpsiyon izotermlerine uyarlanmıştır. Numunenin Langmuir izotermine uygun olduğu anlaşılmıştır. Son olarak ise numunenin karakteristik özelliklerini belirlemek için SEM-EDS, BET, XRD ve FT-IR analizleri yaptırılmıştır.

Activated carbon is a substance that has a long history, is increasingly used, and is used for adsorption purposes. Activated carbon; It can be defined as an adsorbent material whose surface area and pore volume are highly improved with the activation process applied to substances with high carbon content.

The raw material is one of the most important factors that determine the activated carbon properties to be prepared. Although there is no limitation for the raw material to be used in activated carbon production, cheap raw materials with low inorganic content and high carbon content are preferred for activated carbon production. Our country has many resources that can be used as raw materials in the production of activated carbon. Among these resources are lignite with high carbon content, abundant reserves, biomass (wood sawdust, fruit seeds and peels, etc.) and industrial wastes.

In this research, the solid product (char) obtained as a result of the pyrolysis of the poppy capsule pulp, which is produced as waste in the Afyon Alkaloids Factory, was activated with phosphoric acid and then activated carbon was obtained by carbonization. It is aimed to evaluate the performance of the prepared activated carbon sample by performing methylene blue adsorption studies. For this, our waste raw material was first pyrolyzed at 400 °C and 500 °C. These samples were activated with H3PO4 at 2:1, 3:1 and 4:1 ratios by weight, and each sample was carbonized at 400, 600 and 800 °C. As a result of the methylene blue adsorption experiments applied to these results, the best methylene blue removal percentage; The sample, which was activated with H3PO4 at a ratio of 3:1 by weight and carbonized at 800 °C, gave pyrolysis at 400 °C. Then, the effects of parameters such as initial methylene blue concentration, temperature, pH, initial adsorbent amount of this sample on the adsorption efficiency were investigated. Adsorption isotherms are adapted to understand which of the adsorption isotherms the sample is compatible with. The sample was found to be suitable for the Langmuir isotherm. Finally, SEM-EDS, BET, XRD and FT-IR analyzes were performed to determine the characteristic features of the sample.