ATIK ÇAM FISTIĞI KABUĞUNUN FİZİKSEL VE KİMYASAL AKTİVASYON YÖNTEMİ İLE AKTİF KARBON ÜRETİMİNDE DEĞERLENDİRİLMESİ. Kahramanmaras

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "ATIK ÇAM FISTIĞI KABUĞUNUN FİZİKSEL VE KİMYASAL AKTİVASYON YÖNTEMİ İLE AKTİF KARBON ÜRETİMİNDE DEĞERLENDİRİLMESİ. Kahramanmaras"

Oz Akbay
6 yıl önce
İzleme sayısı:

1 ATIK ÇAM FISTIĞI KABUĞUNUN FİZİKSEL VE KİMYASAL AKTİVASYON YÖNTEMİ İLE AKTİF KARBON ÜRETİMİNDE DEĞERLENDİRİLMESİ Mehmet Şehmuz Çetinkaya 1*, M. Hakkı Alma 1,Tufan Salan 2, Fırat Ulgur 1 1 Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Orman Endüstri Mühendisliği, Kahramanmaras mehmet.cky@gmail.com* 2 Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Biomühendislik ve Bilimleri Anailim Dalı Kahramanmaras ÖZET Bu çalışmada aktif karbon üretiminde daha önce kullanılmamış olan çam fıstığı kabuğunun endüstriyel boyutta aktif karbon üretiminde değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Çam fıstığı kabukları temin edildikten sonra farklı sıcaklıklarda ve farklı azot akışlarında aktivasyon işlemi yapılmıştır. Bu sonuçlara göre C de kimyasal yöntemle üretilen aktif karbonun yüzey alanının daha yüksek çıktığı belirlenmiştir. Ancak sonuçları düşük çıkan fiziksel yöntem ile üretilmiş aktif karbonun da bulduğumuz değerler sonucunda endüstriyel boyutta yer bulduğu görülmüştür. Fiziksel yöntem ile üretimin maliyetinin düşük olması ve endüstriyel boyutta üretimin daha kolay olması bu ürünün endüstriyel boyutta kullanılmasını desteklemiştir. Anahtar Kelime: Çam Fıstığı, Aktif Karbon, BET, SEM, Fiziksel Aktivasyon, Kimyasal Aktivasyon 1. GİRİŞ Ülkemizde Aktif karbon üretimi bilimsel olarak çalışılmakta ancak henüz endüstriyel boyut kazanamamıştır. Uluslar arası bilimsel çalışmalarda birçok tarımsal atıklar değerlendirilmiştir. Bu tarımsal atıklar; badem kabuğu, fıstık kabuğu, kayısı çekirdeği kabuğu, üzüm çekirdeği vb. gibi sıralanabilir. Fakat ülkemizde bu tür atıkların potansiyeli çok yüksek olmasına rağmen yakma gibi verimsiz bir yöntemle enerji üretiminde değerlendirilmekte veya atık olarak kalmaktadır. Bu sebeple bu atıkların yüksek gözenek yapısına sahip ve karbon içeriğine sahip olmasından dolayı aktif karbon üretiminde değerlendirilmesi adına oldukça yüksek bir potansiyele sahiptir. Bu bağlamda; bu çalışmanın amacı özellikle Ege Bölgesinde yüksek miktarda bulunan fıstık çamı 493

2 meyvesinin atık kabuklarından fiziksel ve kimyasal yöntemle aktif karbon üretimi ve karakterizasyonudur. 2. FISTIK ÇAMI (Pinus Pinea) Horizantal dallı düz tepeli ve sık dallarıyla şemsiye şeklinde bir taca sahip olup tanınması en kolay çam türlerinden biridir m aralığında yükselebilen, yaprakları cm uzunluğunda parlak, batıcı, sivri uçlu ve açık yeşil renklidir. Gövde kabuğu önce pulsu yapıda yaşlanmaya başlayınca derin çatlaklı, plakalar halinde ve kahverengi-kırmızı renktedir. Kozalak önceleri yeşil renkte, olgunlukta parlak koyu kahverengi renkte olup cm uzunlukta, tabandan basık oval biçimde, çok kısa saplı ve sürgüne oturmuş şekildedir. Olgunlaşmasını üç yılda tamamlar. Oldukça yağlı olan tohumları yenebilir ve halk arasında çamfıstığı olarak bilinir. Ülkemizde yaklaşık ha fıstıkçamı ormanı bulunmakta olup tamamına yakını devlet ormanıdır. Bu sahaların çoğu yapılan ağaçlandırma çalışmaları ile elde edilmiş genç orman alanlarıdır. Bunun yanında İzmir Kozak yöresinde yaklaşık 5000 ha özel mülkiyette fıstıkçamı sahası bulunmaktadır (TUİK, 2013). 3. AKTİF KARBON Yaygın olarak kullanılan endüstriyel adsorbanlar arasında çevre kirliliğini kontrol amacıyla, şu anda kullanılan adsorbanların en önemlisi, yüksek gözenekliliğe sahip aktif karbonlardır. Ticari olarak aktif karbonlar, odun, turba, linyit, kömür, mangal kömürü, kemik, Hindistan cevizi kabuğu, pirinç kabuğu, fındık kabuğu ve yağ ürünlerinden elde edilen karbonların çeşitli işlemlerden geçirilerek aktive edilmesiyle elde edilirler. (Bansal, R.C. ve Goyal, M., 2005) 3.1. Aktif Karbon un Genel Özellikleri Aktif karbonun yapısındaki grafit kristallerinin kenar bölgelerinde, oksijen içerikli doymamış karbon grupları vardır. Bu gruplar hem önemli reaksiyon merkezleri görevi yapmakta ve hem de aktif karbona polar bir takım özellikler kazandırmaktadır. Bu yüzey oksitleri arasında en sık 494

3 rastlananlar karboksil grupları, fenolik gruplar, lakton halkaları, kinon türünden yapılar, siklik peroksitler ve karboksilik asit anhidritleridir (Strelko ve diğ., 1999). Yüzey Alanı: Aktif karbonun iç yüzeyi(aktifleştirilmiş yüzey) çoğunlukla BET yüzeyi olarak (m 2 /g) ifade edilir. Yüzey alanı sıvı azot (N 2 ) kullanılarak ölçülür. Örneğin; Su arıtımında kullanılan aktif karbon taneciklerinin iç yüzey alanının yaklaşık 1000 m 2 /g olması istenmektedir. Aktif karbonun adsorban olarak tercih edilmesinin başlıca iki nedeni vardır. Bunlar; 1. Belirli maddeleri çekebilmesi için çekici bir yüzeye, 2. Fazla miktarda maddeyi tutabilmesi için geniş bir yüzeye sahip olmasıdır. Gözenek Büyüklüğü Kirliliğin giderilmesinde etkili olan diğer bir parametre de gözenek büyüklüğüdür. Gözenek büyüklüğünün belirlenmesi, karbonun özelliklerinin anlaşılmasında oldukça kullanışlı bir yöntemdir. (Cheremisinoff, P. N. and Ellerbusch, F., 1978) Aktivasyon Teknikleri Aktivasyon işleminde, düzgün yapıdaki karbon tabakalar, kullanılan kimyasal maddelerce deforme edilerek, gözenek yapısının oluşumu sağlanmaktadır. Aktivasyon sonucu, kullanılan malzeme, çok ince kristaller halinde ve çeşitli boyut ve şekildeki gözenekleri oluşmuş bir yapı haline gelir. Aktif karbon üretimi için, karbonca fakir olmayan tüm maddeler, çeşitli aktifleştirme yöntemleriyle aktifleştirilerek kullanılabilirler. Bu aktifleştirme yöntemleri kimyasal aktivasyon ve gaz aktivasyonu (Fiziksel aktivasyon) olmak üzere ikiye ayrılır (Yalçın, M., Arol, A. İ., 1993). 4. MATERYAL METOD 4.1. Örneğin Hazırlanması Fıstık çamı kozalağından elde edilen çam fıstıklarının tohumları alındıktan sonra geriye kalan kabuk kısmı öğütücü değirmende öğütüldü. Öğütülen kabuklar elendikten sonra 20 mesh boyutundakiler aktivasyon için alındı. Kimyasal aktivasyon yapılacak olan örnekte kimyasal 495

4 olarak ZnCl2 kullanıldı. 100 gr alınan elenmiş kabuk örneğine 100 gr ZnCl2 eklenerek aktivasyon işlemine hazır hale getirildi. Fiziksel aktivasyon için ise numune doğrudan aktivasyon işlemine tabi tutulacağından eleme sonrasında herhangi bir ön işlem yapılmamıştır Aktivasyon İşleminin Yapılması Kimyasal yöntem ile üretimi yapılacak olan çam fıstığı kabukları aktivasyon reaktörüne koyuldu. 500 ve 600 C de 1 saat boyunca 2lt/saat N2 akışında ayrı ayrı aktivasyon işlemi yapıldı. Fiziksel yöntem için numune reaktöre koyulduktan sonra 900 C de 2lt/saat N2 ve 2lt/saat su buharı eşliğinde aktivasyon işlemi yapıldı. Aktivasyon işlemi ardından kimyasal yöntemle elde edilen numuneler 1 M HCl çözeltisi içerisinde 1 saat boyunca kaynatılarak aktivasyon işlemi sonrasında geriye kalan kimyasallardan temizlendi. Yıkama suyunun PH ı 6-7 seviyesine gelene kadar yıkandı. Fiziksel yöntem için ise; elde edilen numuneler sadece saf su ile yıkandıktan sonra tüm numuneler etüvde 102 C de 1 gece bekletildi. Etüvden çıkarılan numuneler hazırlanarak BET, SEM ve EDX analizleri yapıldı. BET analizi için analiz öncesinde 300 C de 6 saat gaz giderme (degassing) işlemi yapıldı. 5. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Elde edilen sonuçlara göre kimyasal yöntem ile 500 C de üretilen aktif karbonun yüzey alanının 600 C de üretilene göre daha yüksek olduğu görülmektedir. Genel anlamda kimyasal yöntem ile elde edilen aktif karbonların yüzey alanı fiziksel yönteme göre yüksek olduğu görülmektedir. Ancak fiziksel yöntemin üretim maliyeti daha düşük olduğu için düşük yüzey alanına sahip aktif karbonların kullanım alanlarında endüstriyel olarak değerlendirilebileceği düşünülmektedir. Yapılan analizler sonucunda elde edilen veriler aşağıdaki Tablo 1 ve şekil 1- aşağıdaki gibidir; 496

5 Şekil 1. Kimyasal Yöntem ile üretilen aktif karbonun SEM görüntüsü 500 ºC Şekil 2. Kimyasal Yöntem ile üretilen aktif karbonun SEM görüntüsü 600 ºC Şekil 3. Fiziksel Yöntem ile üretilen aktif karbonun SEM görüntüsü 497

Şekil 4. Kimyasal Yöntem ile üretilen aktif karbonun EDX Analizi (500 C) Şekil 5. Kimyasal yöntem ile üretilen aktif karbonun EDX Analizi sonuçları (600 C) Tablo 1.

6 Şekil 4. Kimyasal Yöntem ile üretilen aktif karbonun EDX Analizi (500 C) Şekil 5. Kimyasal yöntem ile üretilen aktif karbonun EDX Analizi sonuçları (600 C) Tablo 1. Aktivasyon işlemi sonrası BET analiz sonuçları BET Yüzey Alanı Fiziksel Aktivasyon Kimyasal Aktivasyon (500 ºC) Kimyasal Aktivasyon (600 ºC) gr/m 2 950, , ,

7 KAYNAKLAR III. Uluslararası Odun Dışı Orman Ürünleri Sempozyumu 8-10 Mayıs 2014, Kahramanmaraş Bansal, R.C. ve Goyal, M., (2005). Activated Carbon Adsorption. CRC Press, Taylor and Francis, London, Cheremisinoff, P. N. and Ellerbusch, F., (1978). Carbon Adsorption Handbook, Ann Arbor Science Publishers, Inc., New York. Strelko, V.J., Streat, M., Kozynchenko, O., (1999). Preparation,Characteris ation and Sorptive Properties of Polymer Based Phosphorous- Containing Carbon, Reactive and Functional Polymers, 41, 1-3, TÜİK Türkiye de Ekili Fıstık Çamı Alanı 2013 verileri Yalçın, M., Arol, A. İ., (1993). Altın Metalurjisi için Yerli Kaynaklard an Aktif Karbon Üretimi, Türkiye XIII. Madencilik Kongresi,

Benzer belgeler

SERT ÇAMLARDAN TÜRKİYE DE DOĞAL OLARAK YETİŞENLER

SERT ÇAMLARDAN TÜRKİYE DE DOĞAL OLARAK YETİŞENLER Pinus sylvestris: Sarıçam Pinus nigra: Karaçam Pinus brutia:kızılçam Pinus halepensis: Halep çamı Pinus pinea: Fıstık çamı Pinus sylvestris: Sarıçam Kuzey