TÜBİTAK-BİDEB Kimya Lisans Öğrencileri (Kimyagerlik, Kimya Öğretmenliği, Kimya Mühendisliği) Araştırma Projesi Eğitimi Çalıştayı KİMYA-1 ÇALIŞTAY 2010 KEPEZ/ÇANAKKALE TEMMUZ-2010 1
AYÇİÇEĞİ ATIKLARINDAN AKTİF KARBON HAZIRLAYANLAR Emre GÜNER Aslı Özge AĞKAYA Furkan AY PROJE DANIŞMANLARI Prof. Dr. Mehmet AY Prof. Dr. Ahmet GÜRSES Prof. Dr. Metin GÜRÜ 2
PROJENİN AMACI Sanayide önemli bir yer tutan aktif karbonun farklı bir başlangıç maddesi olan ayçiçeği atıklarından üretimi amaçlanmıştır. 3
GİRİŞ Günümüzde ayçiçeği büyük ölçüde yemeklik yağ gereksinimini karşılamak amacıyla kullanılmaktadır. Bazı ülkelerde yağlık ayçiçeği çeşitlerinin yanı sıra çerezlik çeşitlerin üretimi de yapılmaktadır (Lofgren, 1978). 4
Bu çeşitlerin taneleri besin maddelerince zengin olup, tuz, tereyağı, ve bal ile karıştırılarak şekerleme yapımında kullanılmakta, sebze, balık, et ve salata üzerine çeşni olarak ilave edilmekte, gerek kavrulmuş, gerekse kavrulmamış halde çerez şeklinde de tüketilmektedir (Millete,1974). 5
Ayçiçeği tohumunda ortalama olarak %36 yağ (%22-50),%17 ham protein (%14-20), %15 karbonhidratlar %(10-20), %20 selüloz (%15-25), %8 su (%5-11) ve %4 kül (%3-5) bulunur (Atakişi,1999). 6
AYÇİÇEĞİ ATIKLARINDAN AKTİF KARBON Aktif karbon, büyük yüzey alanı ve oldukça geniş iç gözenek yapısı ile karbonlu adsorbanlar ailesini tanımlamada kullanılan genel bir terimdir. Aktif karbonlar, insan sağlığına zararsız, kullanımlı ürünler olup, oldukça yüksek bir gözenekliliğe ve iç yüzey alanına sahiptirler. 7
Çeşitli başlangıç maddelerinden üretilen aktif karbonlar çözeltideki iyon ve molekülleri yüksek düzeyde adsorplama kapasitesine sahiptirler. Hem iyonik ve moleküler türleri seçimsiz bir şekilde adsorplamaları bu maddelerin yaygın bir kullanım alanına sahip olmalarına yol açmıştır. 8
Yüksek yüzey alanına sahip aktif karbon, meyve suyundaki enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları sonucu oluşan ve depolama sırasında meyve suyunun fizikokimyasal bozulmasından sorumlu olan polifenoller gibi renk verici maddeleri gidermek amacıyla da kullanılmaktadır. 9
Bir çok selülozik madde doğrudan fiziksel aktivasyon veya kimyasal aktivasyonla aktif karbona dönüştürülebilmektedir. Yapılan literatür taramasında ayçiçeği çekirdeğinin kabuklarının bu amaçla kullanıldığı herhangi bir çalışmaya rastlanılmamıştır. 10
MATERYAL VE YÖNTEM Bu çalışmada kullanılan ayçiçeği çekirdekleri Çanakkale den temin edilmiş, etüvde 105 o C de kurutularak öğütülmüştür. Fiziksel aktivasyon 5g örnek argon atmosferinde 900 o C de 1 saat süreyle ısıtmak suretiyle gerçekleştirilmiştir. 11
12
Kimyasal Aktivasyon ise % 1 lik ZnCI 2 çözeltisinin 200 ml sine 10g öğütülmüş ayçiçeği çekirdeği konularak 2 saat süreyle karıştırıldı. Karışım süzüldü ve kalıntı 900 o C de 1 saat süreyle argon atmosferinde ısıtıldı. Daha sonra 3M HCI ile yarım saat karıştırıldı ve katı kalıntı süzülerek nötr ph ya kadar yıkandı. 13
14
Son olarak 105 o C de 1 saat süreyle kurutuldu. Metilen mavisi adsorpsiyon deneyleri dibi düz yuvarlak balonlarda 100 ml farklı konsantrasyondaki çözeltiler ile 0,2g/100ml katı/sıvı oranında 1 saat süreyle karıştırma yapılarak gerçekleştirildi. 15
16
Karışımlar süzüldü ve 666 nm de UV-VIS spektrofotometre kullanılarak MB tayini yapıldı. Ayrıca MB nin standart kalibrasyon eğrisi çizildi. Absorbsiyon 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 y = 0,227x + 0,0282 R 2 = 0,9914 0 1 2 3 4 5 6 Konsantrasyon(ppm) Şekil 1. MB ye ait kalibrasyon grafiği 17
18
Ayrıca 50 ml 100 ppm MB çözeltisi ile 2g/100ml katı/sıvı oranında oranında işlem görmemiş fiziksel olarak aktive edilmiş ve kimyasal olarak aktive edilmiş örneklerle adsorpsiyon testleri de yapılmıştır. Daha önceki adsorpsiyon verileri izoterm incelemeleri için kullanılmıştır. 19
SONUÇLAR VE TARTIŞMA Q (mg/g) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 C (mg/l) Şekil 2. Fiziksek olarak aktive edilerek üretilmiş aktif karbonun metilen mavisinin adsorpsiyonunun denge konsantrasyonu ile değişimi (Adsorpsiyon süresi 1saat) 20
Şekil 2 den görüldüğü gibi kimyasal olarak aktive edilmiş aktif karbon örneğinin MB adsorplama kapasitesi artan denge konsantrasyonu ile artmakta ve yüksek konsantrasyonlarda sabit kalma eğilimi göstermektedir. Buna göre MB adsorpsiyonun difüzyon kontrollü olarak gerçekleştiği, katyonik bir boyu olan metilen mavisinin aktif karbon yüzeyindeki fonksiyonel gruplarla elektrostatik etkileşmelerle bağlandığı düşünülebilir. 21
70 60 50 Q (mg/g) 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 300 C (mg/l) Şekil 3. Kimyasal olarak aktive edilerek üretilmiş aktif karbonun metilen mavisinin adsorpsiyonunun denge konsantrasyonu ile değişimi (Adsorpsiyon 22 süresi 1saat)
Bu şekilde metilen mavisinin konsantrasyonun artması ile adsorplanan miktarının arttığı ancak denge konsatrasyonuna bağımlılığın daha yüksek olduğu görülebilir. Yüksek denge konsantrasyonlarında adsorplanan miktarın fiziksel olarak aktive edilmiş örneğe göre daha düşük olduğu yine bu şekilden görülmektedir.buna göre kimyasal olarak aktive edilmiş örnekte por (gözenek) gelişiminin mikro gözenekliliğe doğru gerçekleştiği düşünülebilinir 23
90 80 70 60 Q (mg/g) 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 300 C (mg/l) Şekil 4 Kimyasal aktivasyonla üretilmiş aktif karbonun metilen mavisinin adsorpsiyonunun denge konsantrasyonu ile değişimi (Adsorpsiyon süresi 24 saat) 24
Şekil 4 ten artan adsorpsiyon süresiyle metilen mavisinin daha düşük denge konsantrasyonunda daha yüksek bir verimle adsorplandığı bunun yukarıdaki açıklamayı desteklediği görülmektedir. 25
26
Tablo 1 den ancak kimyasal aktivasyon sonucunda por gelişiminin gerçekleştiği ve ham ve fiziksel aktivasyon ile üretilmiş aktif karbonun adsorpsiyon kapasitesine göre gözlenen on katlık artış por dağılımının mikro yönde gerçekleştiğini işaret etmektedir. 27
Sonuç olarak ayçiçeği çekirdek kabuklarının kimyasal aktivasyonla aktif karbon üretmek için uygun bir başlangıç maddesi olduğu ve ülkemizde yaygın olarak karşılaştığımız atık olduğu gerçeği dikkate alındığında ekonomik olarak ta önemli bir hammadde kaynağı olduğu söylenebilir. 28
KAYNAKLAR 1) DAMLI, D. TELCİLER, K. ; Aktif Karbon Yardımıyla Tekstil Atık Sularındaki Boyarmadde ve Zararlı Kimyasal Giderimi Özel EGE Lisesi 2) H. Valdes, M. Sanches-Polo, J. Rivera-Utrilla and C. A. Zaror, Recevied June 18, 2001 Effect of ozone treatment on surface properties of activated carbon 3) Qingrong Qian, Motoi Machida, Hideki Tatsumoto, Bioresource technology 98 (2007) 353-360 Prepartion of activated carbons form cattle-manure compost by zinc chloride activation, Received 14 October 2005; received in revised from 21 December 2005; accepted 24 2005 Available online 9 March 2006 29
TEŞEKKÜR Çalıştay koordinatörü: Prof. Dr. Mehmet AY a Sunuları ve çalışmalarıyla bizleri aydınlatan; Danışmanlarımız: Prof. Dr. Ahmet GÜRSES Prof. Dr. Mehmet AY Prof. Dr. Metin GÜRÜ Yüksek lisans öğrencisi Ferah CÖMERT e Tüm çalıştay ekibine TEŞEKKÜRLERİMİZİ ARZ EDERİZ 30