Analizler, Ölçümler, Görüntülemeler ve Hesaplamalar

Aktif Karbonlarda Yüzey Fonksiyonel Grupların Belirlenmesi:

Bu yöntemle asidik ve bazik yüzey fonksiyonel grupların miktarları belirlendi. Asidik gruplar genel bir yaklaşımla karboksilik, laktonik ve fenolik gruplar olarak tanımlanmaktadır. Boehm (1994) farklı kuvvetteki bu grupları farklı bazik kuvvetteki ayarlı çözeltilerle muamele ederek oluşan çözeltileri ayarlı asit çözeltisi ile titre etmek suretiyle belirlenebileceğini belirtmektedir. Buna göre Boehm yöntemi, zayıf bir baz olan NaHCO3’ın

kuvvetli asidik grup olarak kabul edilen karboksil gruplarıyla, orta derecede kuvvetli bir baz olan Na2CO3’ın karboksil ve lakton gruplarıyla ve çok kuvvetli bir baz olan NaOH’in ise

karboksil, lakton ve fenol gruplarının hepsiyle reaksiyona gireceği üzerine kurgulanmıştır (Boehm, 1994; Boehm, 2004). Asidik grupların miktarını belirlemek üzere, aktif karbon ürünlerinden alınan belirli miktardaki örnekler ayrı ayrı 0.1N konsantrasyonundaki NaHCO3, Na2CO3 ve NaOH çözeltileriyle 24 saat süreyle 200 d/dk hızla çalkalamak

suretiyle karıştırılmış ve süzüldükten sonra alınan belirli miktardaki örnekler ayarlı 0.1 N HCl çözeltisi ile titre edilmiş ve asidik fonksiyonel grupların miktarları belirlenmiştir. Bazik grupların belirlenmesi için ise örnekler 0.1 N HCl çözeltisi ile 24 saat süreyle 200 d/dk hızla çalkalamak suretiyle karıştırılmış ve süzüldükten sonra alınan ölçülü bir miktar örnek, ayarlı 0.1 N NaOH çözeltisi ile titre edilmiş ve toplam bazik fonksiyonel grupların miktarı belirlenmiştir.

Yüzey fonksiyonel grupların varlığı, örneklerin aynı zamanda FTIR spektrumları alınarak da belirlenmeye çalışılmıştır.

SEM Görüntüleri ve EDX Analizleri:

Cibre, kurutulmuş şlempe-cibre karışımları, karbonizasyon ürünleri, aktif karbonlar ve K-struvit örneklerinde SEM görüntüleri alınmıştır. Bu örneklerin bazılarında EDX analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla yapılan çalışmalarda FEI Quanta 250 FEG ve Jeol JSM- 7001F cihazları kullanılmıştır.

Spesifik Yüzey Alanı Tayinleri:

Cibre, karbonizasyon ürünleri, aktif karbonlar ve K-struvit örneklerinde çok noktalı BET spesifik yüzey alanı analizleri Micromeritics ASAP 2020 cihazı kullanılarak yapılmıştır. Adsorpsiyon-desorpsiyon izotermleriyle birlikte bazı örneklerde BJH yöntemine göre gözenek hacmi ve gözenek alanı dağılımları belirlenmiştir.

Karıştırma ve Çalkalama İşlemleri

Şlempe cibre karışımlarının homojenizasyonu Waring marka18000-22000 devir/dak’da çalışabilen blenderde gerçekleştirilmiştir. Piroliz ürününden potasyum ekstraksiyonu ve asit çözeltisi ile stabilizasyon amacıyla yapılan karıştırmalar kollu çalkalayıcıda yapılmıştır. Potasyum-struvit çöktürme deneyleri manyetik karıştırıcılı sıcaklık kontrollü karıştırıcılarda gerçekleştirilmiştir. Potasyum-struvit ürününün çeşitli ortamlardaki çözünürlük testleri için gerekli karıştırmalar rotatörlerde yapılmıştır.

Potasyum-struvitte yapılan yaş analizler:

Potasyum-struvitten alınan 0.1 g civarındaki örnek bir miktar 0.1 N HCl çözeltisinde tamamen çözülüp saf su ile 100 ml’ye tamamlandıktan sonra bu örnekte fosfat, askorbik asit yöntemiyle (AWWA-APHA, 2005) Shimadzu UV 1201 spektrofotometresi kullanılarak, mağnezyum ve kalsiyum analiz çözeltisi ortamına LaCl3 çözeltisi ilavesiyle fosfatın etkisi

bertaraf edilerek Atomik Absorpsiyon Spektrofotometresiyle (Perkin Elmer AAnalyst 400) (Meier, 1979), potasyum ve sodyum alev fotometresiyle (Eppendorf) tayin edilmiştir. Analizlerde sertifikalı stok standart çözeltilerden hazırlanan standartlar kullanılmıştır. Tartım ve yapılan seyreltme faktörleri dikkate alınarak gerekli hesaplamalar yapılmıştır.

Çöktürme prosesinin takibi ve gerekli hesaplamaların yapılabilmesi için, gerektiğinde çözelti ortamında fosfat, mağnezyum, sodyum ve potasyum tayinleri de yukarıda açıklanan yöntem ve cihazlarla yapılmıştır.

Analizler iki paralel örnekte gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar arasında %5’den daha fazla fark olduğu durumda üçüncü örneğin analizine başvurulmuş ve biribirine yakın iki sonucun ortalaması değerlendirilmiştir.

Ekstraktlarda yapılan analizler:

Ekstraktlarda, öngörülen hacimler alınarak belirli hacimlere tamamlanırken HCl çözeltisi ile nötralleştirildikten ve gerekli seyreltmelerden sonra, sodyum ve potasyum alev fotometresiyle, kalsiyum biribirine yakın sonuçlar veren EDTA titrasyonu veya AAS

yöntemleriyle tayin edildi. Analizlerde sertifikalı stok standart çözeltilerden hazırlanan standartlar kullanıldı. Seyreltme faktörleri, analizde kullanılan ekstrakt miktarları ve ekstraktların elde edildiği şlempe ve cibre miktarlarıyla onların bileşimleri dikkate alınarak gerekli hesaplamalar yapıldı.

Ekstraktlarda oksitlenebilirlik tayini, belirli hacimdeki ekstrakt alınıp nötralleştirilmesinden sonra dikromat yöntemiyle KOİ tayinine göre yapılmıştır (AWWA- APHA, 2005).

Elementel Analizler:

Şlempe ve cibre ile aktif karbon örneklerinde elementel analizler Leco CHNS-932 elementel analiz cihazı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

FTIR Analizleri:

Kullanılan cibre, şlempe, kurutulmuş şlempe-cibre karışımları, piroliz ürünleri, piroliz ürünlerinin su ekstraksiyonundan kalan karbonize ürünler, asitle işlemden sonra elde edilen aktif karbonlar ve K-struvit örneklerinde FTIR analizleri Perkin Elmer Spectrum 100 model ve Bruker IFS 66/S model FTIR cihazları kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

pH Ölçümleri:

Prosesin çeşitli basamaklarında çözelti ortamlarında ihtiyaç duyulduğunda yapılan pH ölçümleri, Mettler Delta 350 ve Mettler Toledo Seven Compact S220 pH-metreleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

Termal Analizler:

Cibre ve şlempe-cibre karışımı kurutulmuş örnekleri, aktif karbonlar ve K-struvit örneklerinde termal analizler Perkin Elmer Diamond TG/DTA cihazı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

Partikül Boyutu Dağılımı Analizleri:

Cibre, kurutulmuş şlempe-cibre karışımı, aktif karbon ve K-struvit örneklerinde partikül boyutu dağılımı analizleri Malvern Mastersizer 2000 cihazı kullanılarak yapılmıştır.

Yığın yoğunluğu ve Partikül yoğunluğu (Gerçek Yoğunluk) Analizleri:

Katı toz örneklerde gerektiğinde yığın yoğunluğu, hacmi ve ağırlığı bilinen spektrofotometre küvetlerine doldurulan ve titreşimle iyice yerleştirme yapıldıktan sonra

yapılan tartımların farkından gidilerek yapılan hesaplamalarla belirlenmiştir. Gerçek yoğunluklar Quantachrome Ultrapycnometer 1000 helyum piknometresi ile gerçekleştirilmiştir.

XRD Analizleri:

Proseste meydana gelen ve içerdiği bileşikler hakkında bilgi gerektiren ara ürünler ve ürünlerin XRD analizleri Bruker D8-Advance ve Rigaku DMAX-2200 X-Işını diffraktometreleri kullanılarak gerçekleştirildi.

Aktif Karbonda Yapılan Diğer Testler ve Analizler:

Aktif karbonlarda ayrıca, kuru şlempe-cibre karışımı bazında verim, iyot sayısı, metilen mavisi sorpsiyon kapasitesi, bakır sorpsiyon kapasitesi, kül, uçucu madde, sabit karbon ve pHzpc değerleri belirlenmiştir. Ayrıca aktif karbon-su karışımlarının dengelenmesinden

sonraki sıvı ortamında pH ölçümü ve oksitlenebilirlik analizleri yapılmıştır.

Aktif karbonlarda kül ve uçucu madde tayinleri sırasıyla ASTM D 2866-94 ve ASTM D 5832-98’e göre yapılmıştır. Sabit karbon ise kül ve uçucu madde toplamının 100’den çıkarılmasıyla belirlenmiştir (ASTM D 2866-94; ASTM D 5832-98).

İyot sayısı analizleri ASTM D 4607-94’e göre gerçekleştirilmiştir.

Metilen mavisi sorpsiyon kapasitesi, 250; 500; 750 ve 1000 mg/l konsantrasyonundaki tampon çözelti (0.07 M CH3COONa - 0.03 M CH3COOH) ortamında (pH 4.8) hazırlanmış

metilen mavisi çözeltileriyle 5 g/l dozundaki aktif karbon-çözelti karışımlarının 25C’de 24 saat dengelenmesi, son çözeltilerinin metilen mavisi derişiminin belirlenmesiyle Langmuir eşitliğinden hesaplanmıştır.

Bakır sorpsiyon kapasitesi ise tampon çözelti (0.07 M CH3COONa - 0.03 M

CH3COOH) ortamında (pH 4.8) hazırlanmış 10 mM konsantrasyonundaki CuCl2 çözeltisiyle

aktif karbonun 5 g/l dozundaki karışımlarının 25C’de 24 saat süreyle dengelenmesiyle çözeltideki Cu2+ _{konsantrasyonundaki azalma miktarından hesaplanmıştır.}

Aktif karbonların pHzpc değerleri, pH’sı 0.1M HCl ve 0.1M NaOH çözeltileriyle 2-9

arasındaki belirli değerlere ayarlanmış 50 ml 0.01M NaCl çözeltilerinin 0.15 g aktif karbonla 48 saat süreyle dengelenmesinden sonra pH ölçümleri yapılarak grafiksel yolla belirlenmiştir (Rivera-Utrilla vd., 2001; Orfao vd., 2006).