Üretilen Aktif Karbonun Karakterizasyonu

Kestane kabuğundan üretilen aktif karbon numunesinin ve orijinal hammaddenin gözeneklilik ve BET yüzey alanı ölçümlerinin sonuçları Çizelge 5.1’de verilmiĢtir. Aktivasyon iĢlemi sonrasında hammaddenin; BET yüzey alanı, toplam gözenek hacmi ve % gözeneklilik değerleri ile ortalama gözenek yarıçapı artmıĢ, bu sonuçlara paralel olarak yığın yoğunluğu değeri ise azalmıĢtır. Çizelge 5.1 ‘deki ölçüm sonuçlarına göre, hammadde olarak kullanılmıĢ olan kestane kabuğunun gözenekliliği uygulanan aktivasyon iĢlemleri sonucunda %626 artıĢ göstererek 7.3 katına çıkmıĢtır; BET yüzey alanı değerindeki artıĢ ise %39273 olup, 394 katına çıkmıĢtır. Bu sonuçlar, uygulanmıĢ olan aktivasyon iĢlemlerinin kestane kabuğundan

aktif karbon üretmede oldukça etkili olduğunu göstermektedir. Karbonizasyon ve aktivasyon iĢlemleri sırasında yapıdaki nemin ve uçucu maddelerin uzaklaĢması ile temel gözenek yapısının oluĢması, kullanılan kimyasal aktivasyon ajanının etkisiyle de karbon yapısının bozunarak gözenekli yapının meydana gelmesi sonucunda; aktif karbon ve hammaddenin BET yüzey alanı, toplam gözenek hacmi, % gözeneklilik ve ortalama gözenek yarıçapı değerlerinde büyük fark gözlemlenmiĢtir. Aktif karbonun yığın yoğunluğu değerinin, hammaddeden az olmasının nedeni ise, karbonizasyon ve aktivasyon iĢlemleri sırasında gözenekli yapının oluĢurken hacmin çok değiĢmeyip buna karĢılık ağırlığın azalması ile açıklanabilir.

Çizelge 5.1: Kestane kabuğu ile üretilen aktif karbon numunesinin fiziksel özellikleri

Kes tan e k ab u

ğu Toplam gözenek hacmi (cc/g) 0.08

Gözeneklilik (%) 2.30

Ortalama gözenek yarıçapı (μm) 2.2*10-2

BET yüzey alanı (m2

/g) 4.63 Yığın yoğunluğu (g/cc) 3.52 Akt if Karbon

Toplam gözenek hacmi (cc/g) 0.18

Gözeneklilik (%) 16.70

Ortalama gözenek yarıçapı (μm) 7.6*10-3

BET yüzey alanı (m2

/g) 1823

Yığın yoğunluğu (g/cc) 1.06

Kestane kabuğundan üretilen aktif karbon numunesinin iyot sayısı ölçümü gerçekleĢtirilmiĢ ve 917 mg/g olarak hesaplanmıĢtır. Bu iyot sayısı değeri, yüksek BET yüzey alanı sonucunu desteklemektedir.

Özçimen [29]; fındık kabuğu, kestane kabuğu, kayısı ve üzüm çekirdeği kullanarak ürettiği aktif karbonların iyot sayısı ölçümlerini gerçekleĢtirmiĢ ve iyot sayısı değerlerinin, BET yüzey alanı ölçümleriyle paralellik gösterdiğini bulmuĢtur. En yüksek iyot sayısı değerine (785 mg/g), yüzey alanı (1319 m2

/g) en büyük olan kestane kabuğundan üretilen hammadde ile ulaĢıldığını bildirmiĢtir. Köseoğlu [96] da, portakal kabuğundan farklı kimyasallar kullanarak aktif karbon üretimi yaptığı çalıĢmasında, BET yüzey alanının artıĢı ile iyot sayısı değerlerinin arttığını tespit etmiĢtir.

5.3.2 Yüzey fonksiyonel gruplar

Kestane kabuğundan üretilen aktif karbon numunesinin yüzey fonksiyonel yapılarının belirlenmesinde Boehm, FTIR ve zeta potansiyeli analiz yöntemleri kullanılmıĢtır. Aktif karbon numunesi ve orijinal hammaddenin Boehm titrasyonu sonuçları Çizelge 5.2’de verilmiĢtir.

Çizelge 5.2: Kestane kabuğu ile üretilen aktif karbonun Boehm titrasyonu sonuçları

Karboksilik Gruplar (meq/g) Laktonik Gruplar (meq/g) Fenolik Gruplar (meq/g) Toplam Asidik Gruplar (meq/g) Aktif karbon 0.360 0.0025 0.3650 0.7275 Kestane k. 0.365 0.0100 0.3150 0.6900

Boehm titrasyonu sonuçları incelendiğinde; hammadde ile üretilen aktif karbon arasında toplam asidik grup miktarı açısından bir fark olduğu ve aktif karbonun toplam asidik grup miktarının, orijinal hammaddeden daha fazla olduğu tespit edilmiĢtir. Bu, aktif karbon numunelerinde aktivasyon sonrasında beklenen bir sonuçtur. Karbon yüzeyinde, kullanılan aktivasyon ajanına bağlı olarak hammaddedeki asidik gruplarda çeĢitli değiĢiklikler meydana gelmektedir. Hammaddenin aktivasyonu sonucunda, karboksilik gruplarda çok az bir azalma, laktonik gruplarda önemli ölçüde azalma, fenolik gruplarda ise bir miktar artıĢ olmuĢtur.

Hammadde ve üretilen aktif karbon numunesinde bulunan fonksiyonel grupların belirlenmesi amacıyla FTIR analizleri gerçekleĢtirilmiĢtir. Hammadde ve aktif karbon numunesi için elde edilen FTIR grafikleri ġekil 5.7 ve 5.8’de görülmektedir. Bu iki Ģekil kıyaslandığında, kestane kabuğunun kimyasal bileĢiminin, uygulanmıĢ olan aktivasyon iĢlemleri sonucunda büyük değiĢim gösterdiği sonucu ortaya çıkmaktadır.

FTIR grafikleri incelenerek, literatürde tanımlanan FTIR piklerine ait fonksiyonel gruplar Çizelge 5.3’te listelenmiĢtir. Çizelgedeki FTIR sonuçları incelendiğinde; hammaddedeki aromatik grupların uygulanan karbonizasyon ve aktivasyon iĢlemleri sonucunda bozunduğu tespit edilmiĢtir. Bu nedenle, aktif karbon hammaddeye oranla daha az sayıda aromatik yapı içermektedir. Aktif karbon numunesinde 1075 cm-1

, 2917 cm-1 ve 3640 cm-1’de tespit edilen pikler, adsorpsiyon için önemli olan alkol, fenol ve karboksilik grupların C-O, C-OH ve O-H yapılarına karĢılık gelmektedir.

ġekil 5.7: Kestane kabuğu numunesine ait FTIR grafiği

Çizelge 5.3: Kestane kabuğu ve üretilen aktif karbonun FTIR analizine göre tanımlanabilen fonksiyonel grupları [97,98]

Dalga Boyuı (cm-1 ) Fonksiyonel Gruplar Kestane Kabuğu 3331 2911 1730 1604 1320 1234 1027 -OH gerilmesi Alifatik CH gerilmesi Aromatik COOH

Aromatik C=C halka gerilmesi Alifatik CH2 gerilmesi

Aromatik CO- gerilmesi

Alifatik eter C-O ve alkol C-O gerilmesi Aktif Karbon 779 870 1075 1540 2917 3640 Alifatik CH2 deformasyonu

1 komĢu aromatik H deformasyonu Alifatik eter C-O ve alkol C-O gerilmesi Aromatik C=C gerilmesi

Fenolik ve karboksilik gruplar C-OH ve O-H Alkoller

Aktif karbonun yüzeyinde bulunan fonksiyonel grupların davranımını belirlemede kullanılan önemli özelliklerden birisi de zeta potansiyelidir. Aktif karbonun zeta potansiyeli, ortamın pH’ına bağlıdır. Zeta potansiyeli, sıvı-katı ara yüzeyindeki elektrostatik etkileĢimi karakterize eden en önemli parametrelerden birisidir. Aktif karbonun yüzeyinin elektriksel durumunu, izoelektrik nokta gösterir. Ġzoelektrik nokta (pHIEP), zeta potansiyelinin sıfır olduğu pH değerini ifade eder. Bir baĢka

ifadeyle, aktif karbon taneciklerinin dıĢ yüzey yükünün sıfır olduğu pH değeridir [99]. Ġzoelektrik noktayı belirleyebilmek amacıyla, aktif karbon/triton-x süspansiyonlarının farklı pH değerlerindeki zeta potansiyelleri ölçülmüĢ ve bu değerler ġekil 5.9’da verilmiĢtir. Görüldüğü gibi, kestane kabuğundan üretilen aktif karbonun izoelektrik noktası pH=1.5 değerindedir. Bu pH değerinden sonra, zeta potansiyel değerleri azalmaktadır. Bir baĢka ifadeyle, pH=1.5’in üzerindeki pH değerlerinde, aktif karbonun net yüzey yükü negatiftir. Negatif zeta potansiyeli değeri, aktif karbonun dıĢ yüzeyinde karboksilik fonksiyonel grupların bulunduğunu

göstermektedir. Negatif zeta potansiyeli ve düĢük izoelektrik nokta, katyonların aktif karbon yüzeyinde adsorpsiyonunu kolaylaĢtırmaktadır.

Karagöz ve Ç. A. [67], ayçiçeği yağı üretim küspesinden ürettikleri aktif karbonu metilen mavisi adsorpsiyonunda kullanmıĢlar ve optimum adsorpsiyon pH’ını 6 olarak belirlemiĢlerdir. Thinakaran ve Ç. A. [74], ayçekirdeği kabuklarından elde ettikleri aktif karbonu boya (Acid Violet 17) adsorpsiyonunda kullanmıĢlar, en etkin boya gideriminin pH = 2 değerinde olduğunu saptamıĢlardır. Hameed ve Ç. A. [77] ise, 4-klorofenolün, bambu talaĢından elde ettikleri aktif karbon üzerine