3. ADSORPSĠYON
3.4. Aktif Karbon Üretimi ve Adsorpsiyonda Kullanımı ile Ġlgili ÇalıĢmalar
kullanımı konularında yapılmıĢ olan çeĢitli çalıĢmalar mevcuttur. Bunlardan en önemli görülenler aĢağıda özetlenmiĢtir.
Sudaryanto ve Ç. A. [60], manyok (cassava) kabuğundan aktif karbon üretimi gerçekleĢtirdikleri çalıĢmalarında, karbonizasyon sıcaklığı, KOH/hammadde ağırlık oranı ve karbonizasyon sıcaklığındaki bekleme süresinin üretilen aktif karbonun verimine, yüzey alanına ve gözenek hacmine olan etkilerini incelemiĢlerdir. Sonuç olarak; karbonizasyon süresinin, aktif karbonun verimine ve gözenek yapısına belirgin bir etkisinin olmadığını; ancak, karbonizasyon sıcaklığı ve KOH/hammadde ağırlık oranı arttıkça, aktif karbon veriminin ve BET yüzey alanının arttığını gözlemlenmiĢlerdir..
Aworn ve Ç. A. [61], beĢ farklı tarımsal yan üründen fiziksel aktivasyon yöntemiyle mikro ve mezo gözenekli aktif karbon ürettikleri çalıĢmalarında, kömürleĢen kısımdaki (chardaki) uçucu madde miktarının, aktive edici maddenin, aktivasyon sıcaklığı ve hammadde cinsinin gözenek oluĢumuna etkisini incelemiĢlerdir. Hammaddenin cinsine bağlı olarak gözenek oluĢumu için en uygun koĢulların,
numunedeki uçucu madde oranının %17–25 arasındaki değerlerde ( 573–773 K sıcaklıktaki çalıĢmalarda ) olduğunu tespit etmiĢlerdir. Aktive edici madde olarak CO2 ve istim kullanılan çalıĢmada; mısır koçanı ve talaĢ uçucu külünün (sawdust fly
ash) CO2, ceviz kabuğu ve küspe altı külünün (bagasse bottom ash) ise istim ile
yapılan aktivasyonu sonucunda aynı yüksek yüzey alanı değerine ulaĢılmıĢtır. Bu hammaddeler arasında talaĢ uçucu külü ve küspe altı külünden elde edilen aktif karbonun, diğer hammaddelerden üretilen aktif karbonlara ve ticari aktif karbona kıyasla daha mezogözenekli bir yapı oluĢturduğu gözlemlenmiĢtir. Pirinç uçucu külünün ise, yüksek kül ve düĢük sabit karbon içeriği ile uçucu madde miktarı nedeniyle, aktif karbon üretimi için uygun bir hammadde olmadığı tespit edilmiĢtir. Li ve Ç. A. [62], hammadde olarak hindistan cevizi kabuğu kullandıkları çalıĢmada; karbonizasyon sıcaklığının, karbonizasyon sonucu elde edilen katı ürüne ve bu ürünün farklı sürelerde istimle aktive edilmesi sonucu üretilen aktif karbonların özelliklerine olan etkilerini incelemiĢlerdir. Yüksek sıcaklıkta karbonize edilen katı üründen üretilen aktif karbonun BET yüzey alanının, mikro gözenek hacminin ve katı verim değerlerinin, yüksek sıcaklıkta karbonize edilen katı üründen elde edilen aktif karbona oranla daha yüksek olduğu saptanmıĢtır.
Aljundi ve Jarrah [63], zeytin küspesinden aktif karbon ürettikleri çalıĢmalarında, elde ettikleri aktif karbon numunelerini kadmiyum iyonunun adsorpsiyonunda kullanmıĢlardır. PreslenmiĢ hammadde azot atmosferinde piroliz edilmiĢ ve bu iĢlemi takiben 773 ile 973 K sıcaklık aralığında karbondioksit ile aktive edilmiĢtir. En yüksek gözeneklilik değerine, ZnCl2 ile impregnasyon yoluyla aktivasyon iĢlemi
uygulandıktan sonra, 873 K’de CO2 ile aktive edilen numunede ulaĢılmıĢtır.
Prahas ve Ç. A. [64]; tropik bir meyvenin (jackfruit) kabuklarından fosforik asit kullanarak kimyasal aktivasyon yöntemiyle aktif karbon ürettikleri çalıĢmalarında, aktivasyon sıcaklığının ve kimyasal maddenin hammaddeye olan oranının, aktif karbonların gözenek yapısına ve yüzey kimyasına olan etkilerini incelemiĢlerdir. Aynı kimyasal madde/hammadde oranında aktivasyon sıcaklığının artırılmasıyla, aktif karbonun yüzeyindeki asidik fonksiyonel grupların azaldığı, bazik fonksiyonel grupların ise arttığı gözlemlenmiĢtir. Gözenek boyutunun en iyi olduğu aktivasyon sıcaklıklarının 723 ile 823 K ve bu sıcaklıklardaki BET yüzey alanı ve toplam gözenek hacmi değerlerinin sırasıyla 907–1260 m2
/g ve 0.525–0.733 m2/g olduğu tespit edilmiĢtir.
G´omez-Tamayoa ve Ç. A. [65]; meĢe odunundan aktif karbon ürettikleri çalıĢmalarında, farklı deriĢimlerde ve farklı sıcaklıklarda fosforik asitle aktivasyon iĢlemi uygulamıĢlardır. Yapılan çalıĢmalarda, fosforik asit deriĢimi arttıkça verimin azaldığı, mikrogözenekli yapının mezogözenekli yapıya dönüĢtüğü gözlemlenmiĢtir. 723 K’de gerçekleĢtirilen aktivasyon iĢlemlerinde mikro ve mezogözenekli hacmin önemli ölçüde arttığı belirlenmiĢtir. En büyük BET yüzey alanı olan değere (1732 m2/g), 60%’lık fosforik asit deriĢiminde ve 723 K aktivasyon sıcaklığında ulaĢılmıĢtır. Elde edilen aktif karbon, sulu çözeltiden Zn(II) iyonlarının adsorpsiyonunda kullanılmıĢ ve baĢarılı sonuçlar elde edilmiĢtir. Aktif karbon numunelerinin yüzey alanı ve mezogözenek hacmi arttıkça adsorpsiyon hızının, adsorpsiyon kapasitesinin ve çözünen maddeye olan ilginin arttığı gözlemlenmiĢtir. Gerçel ve Ç. A. [66]; Euphorbia rigida (sütleğen) bitkisinden H2SO4 ile aktive ederek
elde ettikleri aktif karbonu, tekstil boyası olan metilen mavisinin gideriminde kullanmıĢlardır. Adsorpsiyon deneyleri, farklı temas sürelerinde, pH değerlerinde ve sıcaklıklarda gerçekleĢtirilmiĢtir. Adsorpsiyon izotermleri, Langmiur denge izoterm denklemiyle açıklanmıĢ ve en büyük adsorpsiyon kapasitesi değerine 681 K’de ulaĢılmıĢtır.
Karagöz ve Ç. A. [67]; ayçiçeği yağı üretim küspesinden farklı deriĢimlerde ve farklı impregnasyon oranlarında sülfürik asitle aktivasyon sonucu ürettikleri aktif karbonları metilen mavisi gideriminde kullanmıĢlardır. Adsorpsiyon deneyleri, değiĢik sıcaklık, pH, deriĢim ve temas sürelerinde gerçekleĢtirilmiĢ, en yüksek adsorpsiyon kapasitesine 298 K’de ve pH= 6 değerinde ulaĢılmıĢtır. Yapılan çalıĢmalarda, metilen mavisi deriĢimi arttıkça, adsorpsiyon kapasitesinin de arttığı belirlenmiĢtir.
Soleimani ve Kaghazchi [68]; kayısının sert kabuklarının fosforik asitle aktivasyonu sonucu elde ettikleri aktif karbonu, altın kaplama atık suyundan altının geri kazanımında kullanmıĢlardır. Adsorban miktarı, tane boyutu, pH ve karıĢtırma hızının etkisini inceledikleri çalıĢmalarında, maksimum altın adsorpsiyonunun 1.5 saatlik temas süresinde sağlandığını ve adorpsiyon hızının bu süre zarfında en yüksek değerine ulaĢtığını tespit etmiĢlerdir. Optimum adsorpsiyon koĢullarına 0.3-0.5 mm tane boyutu aralığında, 20 g/l adsorban miktarında, pH= 10.5 değerinde ve ortalama 300 rpm karıĢtırma hızında ulaĢılmıĢ ve bu Ģartlar altında yapılan çalıĢmalarda, altın iyonlarının yaklaĢık olarak %100’ü aktif karbon tarafından adsorplanmıĢtır.
Adinata ve Ç. A. [69]; hurma kabuğundan aktif karbon ürettikleri çalıĢmalarında, karbonizasyon sıcaklığı (873 -1273 K) ve K2CO3 /hammadde oranının (0.5 – 2) aktif
karbonun gözenek yapısına ve katı ürün verimine olan etkisini incelemiĢlerdir. Karbonizasyon sıcaklığı ve K2CO3 /hammadde oranı arttıkça, katı ürün verimin
azaldığı ve CO2 adsorpsiyonunun arttığı gözlemlenmiĢtir.
Aravindhan ve Ç. A. [70]; iki farklı deniz yosunundan ürettikleri aktif karbonları, sulu çözeltiden fenol gideriminde kullanmıĢlardır. Aktivasyon iĢleminde çinko klorür kullanılmıĢtır. Deneyler, gözenek yapısına belirgin etkilerinin olduğu bilinen, farklı aktivasyon ajanı/hammadde oranlarında ve karbonizasyon sıcaklıklarında gerçekleĢtirilmiĢtir. Elde edilen aktif karbonların BET yüzey alanları ve iyot sayıları belirlenmiĢtir. En iyi koĢullar, %30’luk ZnCl2 kullanılarak1073 K’lik karbonizasyon
sıcaklığında ve 2 saat’lik karbonizasyon süresinde elde edilmiĢtir. Adsorpsiyon çalıĢmaları sonucunda, bu hammaddelerden elde edilen aktif karbonların fenol adsorpsiyon kapasitelerinin iyi olduğu anlaĢılmıĢtır.
Bagheri ve Abedi’nin [71] mısır koçanından kimyasal aktivasyon ajanı olarak potasyum hidroksit kullanarak aktif karbon ürettikleri çalıĢmalarında; tanecik büyüklüğü, hammadde ile aktivasyon ajanını karıĢtırma yöntemi, kimyasal/hammadde oranı, aktivasyon süresi, aktivasyon sıcaklığı gibi değiĢik parametrelerin, üretilen aktif karbonların gözenek boyut dağılımı, ağırlı kaybı, BET yüzey alanı gibi özelliklerine olan etkilerini incelemiĢlerdir. Üretilen aktif karbonların gözenekliliği ve depolama kapasitesi, azot ve metan adsorpsiyonu ile belirlenmiĢtir Kimyasal/biyokütle oranı ile karıĢtırma yönteminin, biyokütlenin kimyasal aktivasyonunda en önemli parametreler olduğu tespit edilmiĢtir.
Sütçü ve Demiral [72], malta eriği çekirdeklerini aktif karbon üretiminde kullanmıĢlardır. 873 K de karbonize edilmiĢ olan hammadde, NaOH ve KOH kullanılarak aktive edilmiĢtir. Karbonizasyon sıcaklığının, aktivasyon ajanının, char tane büyüklüğünün ve char/kimyasal madde oranının aktif karbonların yüzey karakterizasyonuna belirgin bir etkisinin olduğu belirlenmiĢtir. KOH kullanılarak elde edilen aktif karbonların BET yüzey alanı, NaOH kullanılarak üretilen aktif karbonlara oranla daha büyük olarak saptanmıĢtır. 1.0 – 2.0 mm tane büyüklüğüne sahip numunenin, KOH ile yapılan aktivasyonu sonucunda, 1273 K sıcaklıkta en büyük yüzey alanı değerine (2915 m2/g); 1173 K’de ise en büyük mikrogözenek
hammadde tane boyutunun küçülmesinin, aktif karbonun yüzey alanını artırdığı tespit edilmiĢtir.
El-Ashtoukhy ve Ç. A. [73]; nar kabuğundan elde ettikleri aktif karbonları, bakır ve kurĢunun gideriminde kullanmıĢlardır. Yapılan çalıĢmada; pH, temas süresi, çözünen madde deriĢimi ve adsorban miktarının, adsorpsiyon üzerine olan etkisini incelemiĢlerdir. En büyük adsorpsiyon kapasitesi, kurĢun için pH= 5.6’da, bakır için ise pH= 5.8’de elde edilmiĢtir. Bakır iyonlarının adsorpsiyonu sırasıyla en çok Langmiur, Temkin ve Freundlich; kurĢun iyonlarının adsorpsiyonunda ise Freundlich, Temkin ve Langmiur izotermleri ile uyum sağlamıĢtır. Adsorpsiyon kinetiği ise; yalancı birinci mertebe, yalancı ikinci mertebe, Elvoich denklemi ve intraparticle difüzyon modeli ile değerlendirilmiĢ ve ikinci mertebe modelin adsorpsiyon kinetiğini en iyi açıkladığı belirlenmiĢtir.
Thinakaran ve Ç. A. [74], ayçekirdeği kabuklarından elde ettikleri aktif karbonu, boya (AcidViolet17-AV17) adsorpsiyonunda kullanmıĢlardır. KarıĢtırma süresi, boya baĢlangıç deriĢimi, adsorban miktarı, pH ve sıcaklık gibi parametrelerin adsorpsiyon üzerine olan etkisini incelemiĢlerdir. Denge izotermini açıklamak için Langmiur ve Freundlich izotermleri uygulanmıĢ; Langmiur izoterminin daha uygun olduğu belirlenmiĢtir. Adsorsiyon kinetiği en iyi yalancı ikinci mertebe ile uyum sağlamıĢtır. En etkin boya giderimi pH= 2 değerinde elde edilmiĢ, iĢlem endotermik olduğundan, sıcaklık arttıkça adsorpsiyonun da arttığı tespit edilmiĢtir.
Budinova ve Ç. A. [75] yaptıkları çalıĢmada, antibiyotik üretimi sırasında açığa çıkan atıklar hammadde olarak kullanılmıĢ ve K2CO3 ile kimyasal aktivasyon iĢlemi
uygulanarak aktif karbon üretilmiĢtir. Elde edilen aktif karbon, azot ve iyot adsorpsiyonunda kullanılmıĢtır Yapılan bu çalıĢmada, aktivasyon sıcaklığı ve süresinin yüksek kalitede aktif karbon üretimi için önemli olduğu tespit edilmiĢtir. En uygun hazırlama koĢullarında mikrogözenek hacmi 0.492 cm3/g, BET yüzey alanı 1260 m2/g olan aktif karbon üretilmiĢtir. Elde edilen aktif karbon; karıĢtırma süresi, metal iyon deriĢimi ve pH gibi farklı koĢullarda civa adsorpsiyonunda kullanılmıĢ ve aktif karbonun adsorpsiyon kapasitesi 129 mg/g olarak belirlenmiĢtir.
Olivares-Marín ve Ç. A. [76]; viĢne çekirdeklerinin H3PO4, ZnCl2 ve KOH ile
aktivasyonu sonucu ürettikleri aktif karbonlar, Ġtalyan kırmızı Ģarabından ochtaroxin A (OTA) gideriminde kullanılmıĢtır. Adsorpsiyon kapasitesi en yüksek olan aktif
karbon; KOH/viĢne çekirdeği oranı 3/1 olacak Ģekilde hazırlanan ve 1173 K’de aktivasyon iĢlemi uygulanan numunedir. Bu aktif karbonun BET yüzey alanı 1620 m2/g, makrogözenek hacmi 1.84 cm3/g olarak ölçülmüĢtür. Ayrıca, üretilen aktif karbon, dar mezogözenek ile orta büyüklükte ve geniĢ mikrogözenek yapısına sahiptir. Bu aktif karbonun Ģarapla muamelesi sonucunda, OTA deriĢimindeki düĢüĢün %50 civarında olduğu belirlenmiĢtir.
Hameed ve Ç. A. [77]; bambu talaĢı kullanılarak üretikleri aktif karbonu, sulu çözeltiden 4- klorofenol adsorpsiyonunda kullanmıĢlardır. Yapılan çalıĢmada; pH, temas süresi ve adsorbatın baĢlangıç deriĢiminin adsorpsiyona olan etkileri incelenmiĢtir. Langmuir, Freundlich, Redlich–Peterson, Temkin ve Dubinin– Radushkevich izoterm modelleri deneysel verileri değerlendirmede kullanılmıĢ, Langmiur izoterminin en uyumlu model olduğu saptanmıĢtır. Adsorpsiyon kinetiği, yalancı ikinci mertebe ile en iyi sonucu vermiĢ ve intraparticle difüzyon modeli ise, gözenek difüzyonunun tek hız belirleyici adım olmadığını göstermiĢtir
Spahis ve Ç. A. [78]; karbonize edilmiĢ zeytin çekirdeklerinden aktif karbon ürettikleri çalıĢmalarında, aktivasyon ajanı olarak KOH ve ZnCl2 kullanmıĢlar ve
973–1073 K sıcaklık aralığında çalıĢmıĢlardır. Elde edilen aktif karbon büyük yüzey alanı ve yüksek mikrogözenekliliğe sahiptir. Zeytin çekirdeklerinden elde edilen aktif karbon, içme suyundan (diğer metal iyonlarının varlığında) kurĢunu (Pb+2
) gidermek amacıyla kullanılmıĢ ve NaCl’ün adsorpsiyonu olumsuz yönde etkilediği tespit edilmiĢtir. Ayrıca, KOH ve ZnCl2 ile aktive edilen aktif karbonun, adsorpsiyon
kapasitesinin en yüksek olduğu bulunmuĢtur. KOH ile aktive edilmiĢ zeytin çekirdeklerinden üretilen aktif karbonun yüzeyindeki aktif bölgelerin fazla olması nedeniyle, metal iyonlarının adsorpsiyonunu kolaylaĢtırdığı saptanmıĢtır.
Suzuki ve Ç. A. [79]; pirinç kepeğinden aktivasyon iĢlemi öncesi asitle muamele ederek ve etmeyerek iki farklı yolla ürettikleri aktif karbonların yapısına, aktivasyon süresinin etkisini incelemiĢlerdir. Asitle muamele, aktif karbonların adsorpsiyon özelliklerini olumlu yönde etkilemiĢtir. Pirinç kepeğinden üretilen aktif karbonun BET yüzey alanı 652 m2/g, gözenek hacmi ise 0.137 cm3/g olarak ölçülmüĢtür.
Ayrıca, mezogözenek yapısının daha baskın olduğu tespit edilmiĢtir.
Karatepe ve Ç. A. [80]; Türk linyitlerinden farklı yöntemlerle aktif karbon ürettikleri çalıĢmalarında, karbon malzemelerin fizikokimyasal özelliklerinin kükürt dioksit
adsorpsiyonuna etkilerini incelemiĢlerdir. Kükürt dioksit deriĢimi, adsorpsiyon sıcaklığı, tanecik parça büyüklüğü gibi değiĢkenlerin kükürt dioksit adsorpsiyonuna olan etkileri bir termogravimetrik analiz sistemi ile incelenmiĢ; adsorplanan kükürt dioksit miktarını bulabilmek için Knudsen difüzyonu ve Freundlich izotermine dayanan bir gözenek difüzyon modeli uygulanmıĢtır.
Özçimen [29]; fındık kabuğu, kayısı çekirdeği ve kestane kabuğundan ürettiği aktif karbonları, farklı pH ve sıcaklıkta bakır adsorpsiyonunda kullanmıĢtır, pH değeri yükseldiğinde, yüzey merkezlerinde bulunan proton ve pozitif yüklü metal iyonları arasındaki yarıĢın azalması sonucu, adsorpsiyon kapasitesinin arttığı görülmüĢ ve bu etki en fazla kestane kabuğundan elde edilen aktif karbonla yapılan deneylerde gözlemlenmiĢtir. Adsorpsiyon sıcaklığının 298 K’den 308 K’e yükseltilmesi elveriĢli aktif yüzey yüklerinde artıĢ meydana getirmiĢ ve tüm aktif karbonların adsorpsiyon kapasitesi artmıĢtır.