3) Kurutulmuş numune tartıldı.
4) Tartılmış olan kuru numune; 10 °C/dak ısıtma hızı, 780 °C sıcaklık, 200 cm3/dak N2 gazı akış hızı şartlarında 60 dakika karbonizasyon işlemine tabii tutuldu. Daha
sonra N2 gazı vanası kapatıldı ve CO2 valfi açılarak 200 cm3/dak CO2 gazı akış
hızı şartlarında 30 dakika daha karbonizasyon işlemine devam edildi. Bu işlem sonunda reaktör oda sıcaklığında soğumaya bırakıldı.
5) Oda sıcaklığında soğumuş olan numune tartıldıktan sonra yıkama işlemine tabi tutuldu.
6) Yıkama işlemi: Numune, aktivasyonda kullanılan potasyum hidroksite stokiyometrik olarak eşdeğer oranda HCI ihtiva eden 150 mL asit çözeltisi ile 1 saat karıştırıldı ve süzüldü. Daha sonra süzgeç kâğıdında kalan bakiye; 250 cm3 80 °C sıcaklındaki suya ilave edilerek bu sıcaklıkta 30 dakika manyetik karıştırıcılı ısıtıcıda karıştırıldı. Tekrar süzüldü, sıcak su ile birkaç defa yıkandı ve süzüntünün pH’ı 6–7 oluncaya kadar soğuk deiyonize su ile yıkama işlemine devam edildi.
7) Son olarak süzgeç kâğıdı muhtevası 120 °C’ta bir gece bekletilerek kurutuldu.
8) Kurutulmuş numune tartıldıktan sonra çalışmanın ileriki aşamalarında yapılacak olan adsorpsiyon çalışmalarında kullanılmak üzere kapaklı ve etiketlenmiş şişeye konuldu.
C750 numunesinin KOH ile aktivasyonu çalışması için optimum kimyasal doyurulma oranının (Ro) belirlenmesi amacıyla, değişik kimyasal doyrulma oranlarında (R = % 100, % 200, % 300, % 400, % 500 ve % 600) metot 1’e göre bir dizi aktivasyon çalışması yapılmıştır. Ayrıca elde edilen aktifleştirilmiş numuneleri % Cr (VI) giderim kapasitesi yönünden birbiriyle mukayese etmek için, başlangıç konsantrasyonu (Ci) = 0,003 M ve final pH (pHf) = 2,0 olan Cr (VI) çözeltisiyle;
adsorbent dozu = 2 g/L, sıcaklık (T) = 20 oC, karıştırma hızı (υ) = 200 rpm ve temas süresi (t) = 60 dak şartlarında sorpsiyon çalışmaları yapılmıştır. Elde edilen verilerin gerekli eşitliklerde kullanılmasıyla ortaya çıkan sorpsiyon (%) sonuçları Şekil 3.2’de grafik halinde verilmiştir.
0 20 40 60 80 100 0 100 200 300 400 500 600 R (%) Sorpsiyon (%)
Şekil 3.2. KOH ile değişik doyrulma oranlarında aktive edilmiş C750 char numunelerinin Cr (VI) sorpsiyonu
KOH aktivasyonu için optimum kimyasal doyrulma oranının belirlenmesine ilişkin deney sonuçlarının yer aldığı Şekil 3.2’de verilen grafiğe bakıldığında; R = % 100 de % 82,34 ve 1,304 mg Cr (VI)/g olarak gerçekleşen parametre değerlerinin, R değerinin artmasıyla çok az miktarda artarak R = % 400 de maksimuma (% 83,03) ulaştığı ve daha sonraki noktalarda ise azalma eğilimi gösterdiği görülmektedir.
Aktif karbonun en önemli özelliği adsorplama kapasitesi olup, bu özellik spesifik yüzey alanı ile yakından ilişkilidir. Genel olarak aktif karbonun yüzey alanı ne kadar yüksek olursa adsorplama kapasitesi de o kadar büyük olur (Guo ve Lua 2002, Önal ve ark. 2007).
Ön karbonizasyon işlemine tabi tutulmuş karbon içerikli materyallerin, KOH ile aktivasyonu sonucunda oldukça büyük yüzey alanı ve mikro gözenek hacmine sahip aktif karbonlar elde edilebilir (Marin ve ark. 2006b). Güçlü bir baz olan KOH oksidasyon reaksiyonlarını katalizler. Bu reaksiyonlar doyrulma işlemleriyle gözenekleri KOH doldurulmuş ve 780 oC’tan daha yüksek sıcaklıklarda ergimiş KOH altındaki charda meydana gelir. Meydana gelen bu reaksiyonlar yapıdan önemli miktarda oksijen, hidrojen ve karbon içerikli uçucu maddelerin uzaklaşmasına yol açar. Bu uçucuların yapıdan uzaklaşması sonucunda da yapıda yeni gözenek oluşumu ve mevcut gözeneklerin gelişimi gerçekleşir.
Buna ilave olarak, yüksek kimyasal madde oranlarında önemli miktarda H2O
ve CO2 gibi gaz ürünler oluşur. Bu gaz ürünler yüzey karbonunun ilave
gazifikasyonuna yol açar ve bu durum biraz gözenek oluşumu ya da genişlemesi ile son bulur. Bu durumlardan dolayı yapının BET yüzey alanında ve mikro gözenek hacminde artış meydana gelir ve böylece numunenin sorpsiyon kapasitesi de artırılmış olur.
Bu kısımda kimyasal madde oranının R = % 400 olduğu noktaya kadar sorpsiyon kapasitesinde, yukarıda ifade edilen nedenlerden dolayı artış meydana gelmiştir. Ayrıca KOH/char oranın artmasıyla kül oranının artması (Tseng and Tseng 2006) ve külün aktivasyon aşamasında karbon eriyiği ile birleşerek gözenek kapanmasına neden olabilir. Bu durumda sorpsiyon kapasitesinde düşüşe yol açar.
C750 numunesinin KOH ile aktivasyonu için optimum kimyasal oran (R) değeri % 400 olarak belirlenmiştir. Guo ve Lua (2002) tarafından palmiye
kabuğundan KOH ile aktivasyonu ile aktif karbon üretimi amaçlı çalışma da optimum R değeri % 400 olarak belirlenmiştir.
Doyrulma işleminden sonra fazla çözücünü uzaklaştırılmasında uygulanan direkt süzme ile buharlaştırılarak uzaklaştırma işlemlerinin, aktifleştirilmiş karbonun adsorpsiyon kapasitesi üzerine olan etkisini incelemek amacıyla ikinci metot ile de aktif karbon üretilmiş ve her iki metotla elde edilen aktif karbonların aynı şartlarda Cr (VI) giderim kapasitesi belirleme çalışması yapılmıştır. Yapılan çalışma neticesinde, Metot 1 ile elde edilen aktif karbonun % 83,03 ve Metot 2 ile elde edilen aktif karbonun ise % 93,91 sorpsiyon kapasitesine sahip olduğu belirlenmiştir.
Sorpsiyon kapasitesinde meydana gelen yaklaşık % 11’lik artış; buharlaştırılarak kurutma işlemi süresince, homojen bir mikro gözenekli yapının oluşumu üzerinde çok etkili olan, aktifleştirici kimyasalın karbonik tanecik kütlesi içerisine homojen olarak dağılması süreci için gerekli temas süresinin sağlanmasından kaynaklanabilir. Ancak ticari amaçlı üretimlerde Metot 1 ile R = % 100 oranında üretim yapılması maliyet açısından önem arz etmektedir. Çünkü R = % 100 ile R = % 400 oranlarında üretilen aktif karbonların % sorpsiyon kapasiteleri arasında ihmal edilebilecek düzeyde bir fark (% 0,69) meydana gelmiştir.
Sorpsiyon çalışmalarında kullanılacak olan aktifleştirilmiş aktif karbon numunesinin belirlenmesi amacıyla, aynı şartlarında C750, Zn4AC500 ve K4AC780 numuneleriyle Cr (VI) giderim çalışması yapılmıştır. Elde edilen verilerin gerekli eşitliklerde kullanılmasıyla ortaya çıkan sorpsiyon (%) sonuçları Şekil 3.3’de grafik halinde gösterilmiştir. 0 20 40 60 80 100 S o rp si yon (% ) C750 Zn4AC500 K4AC780 Adsorban adı
Numunelerin % sorpsiyon kapasitelerinin yer aldığı grafikten; C750 char numunesinin % 68,92’lik kapasiteye sahip olduğu ve ayrıca bu numunenin KOH ile Metot 2’ye göre kimyasal aktivasyonu neticesinde sorpsiyon kapasitesinde önemli oranda bir artışın meydana geldiği ve % 98,95’lik sorpsiyon kapasitesine ulaşıldığı görülmektedir. Ancak ZnCI2 ile gerçekleştirilen aktivasyon sonucunda % sorpsiyon
kapasitesinde çok az artışın meydana geldiği ve % 69,40’lık sorpsiyon kapasitesine erişildiği görülmektedir.
Bu sonuçlardan anlaşılmaktadır ki; KOH’in bu şartlarda bir aktivasyon kimyasalı gibi çalıştığı, karbonun charlaşmasına katkıda bulunarak yüzey alanında önemli oranda artışın gerçekleşmesine yol açtığı ve bunun neticesinde de sorpsiyon kapasitesinde önemli miktarda artış (~% 30) meydana gelmiştir. Ancak, ZnCI2’nin
bir dehidrasyon vasıtası olarak görev yapmaktan daha ziyade çok az miktarda hidrokraking aktivite göstermesi nedeniyle % sorpsiyon kapasitesinde önemsenmeyecek miktarda bir artış görülmüştür.
Bu sonuçlar, Cr (VI)’nın gideriminde kullanılması gereken en uygun adsorbanın, Metot 2’ye göre C750 char numunesinin KOH ile kimyasal aktivasyonu sonucunda aktifleştirilmiş karbon olan K4AC780’nin olduğunu ortaya koymaktadır.
Yukarıda C750 numunesine uygulanan analiz yöntemlerinin K4AC780 adsorban numunesine uygulanması neticesinde belirlenen fiziksel ve kimyasal özellikler Tablo 4.1’de gösterilmiştir.
3.4. Adsorpsiyon Çalışmalarında Uygulanan Deneysel Metot
Numunelerin Cr (VI) giderim kapasitesinin belirlenmesi çalışmalarında uygulanan deneysel metodun işlem basamakları aşağıda maddeler halinde özetlenmiştir.
1) Numuneden 0,05 g tartılarak (adsorbent dozu = 2 g/L) 100 mL’lik kapaklı şişeye