Sıcaklığın yüzey alanı ve gözenek hacmi üzerine olan etkisi

Piroliz sıcaklığının artışı, aktif karbonda kül ve sabitlenmiş karbon yüzdesini arttırken, uçucu madde miktarını azaltır (Ioannidou & Zabaniotou, 2007). Asadullah vd. (2007), fiziksel aktivasyon yaparak hint keneviri çubuğundan hazırladıkları aktif karbonun özelliklerine ve verimine, sıcaklığın nasıl etkilediğini araştırdılar. Beş ayrı sıcaklık kullandılar: 700, 750, 800, 850 ve 900 ˚C. Aktif karbonun veriminin aktivasyon

14

sıcaklığının yükselmesi ile düştüğü tespit edildi. Aktivasyonda kütle kaybının kullanılan buhardan dolayı olduğu; kullanılan buharın, charı geliştirdiği ve yeniden düzenlediği ve ayrıca karbonmonoksit ve hidrojen oluşturduğu rapor edilmiştir. Bununla beraber, aktif karbon BET yüzey alanının 750 ˚C’tan sonra azaldığı ve diğer sıcaklıklar karşılaştırıldığında en yüksek BET yüzey alanı 750 ˚C’ta tespit edilmiştir.

Mozammel vd. (2002), aktivasyon kimyasalı olarak ZnCl2 kullanarak hindistan cevizi

kabuğundan ürettikleri aktif karbonun verimi üzerine sıcaklığın, aktivasyon zamanının ve impregnasyon oranının etkilerini çalıştılar. Çalışmada, sıcaklığın artması ile daha iyi aktivasyon sonucu elde ettiler, fakat sıcaklığın artışı aktif karbon verimini düşürdü. Diğer bir çalışma, Tsai vd. tarafından mısır koçanından aktif karbon hazırlanmasıdır (2001). Bu çalışmada, daha yüksek sıcaklıklar aktif karbonun BET yüzey alanı, toplam gözenek hacmi, yoğunluk ve gözeneklilik açısından elverişli bulundu, fakat artan sıcaklıkla aktif karbonu verimi düşmüştür.

Hayashi, Kazehaya, Muroyama ve Watkinson (2000), ligninden üretilen aktif karbonun gözenek yapısı üzerine karbonizasyon ve aktivasyon kimyasallarının (ZnCl2,

H3PO4, K2CO3 ve diğer alkali metal bileşikleri) etkilerini incelediler. Çalışmada, her iki

ZnCl2 ve H3PO4 aktivasyon kimyasalı kullanıldığında maksimum yüzey alanı 600 ˚C’ta

elde edildi. Ayrıca, bu kullanılan aktivasyon kimyasalları arasında en yüksek yüzey alanı alkali metal bileşikleri ile 800 ˚C’ta elde edildi. ZnCl2 600 ˚C’ın altındaki

sıcaklıklarda dehidrasyon reaktanı olarak çalıştığı rapor edildi. Bununla beraber, K2CO3

500 ˚C’ın altındaki karbonizasyon sıcaklıklarında dehidrojenasyon reaktanı olarak hareket ettiği ifade edildi.

Hayashi, Horikawa, Takeda, Muroyama ve Ani (2002), K2CO3 kimyasal aktivasyonu

ile beş farklı karbonizasyon sıcaklığında (773K ve 1173K aralığında) fındık kabuğundan aktif karbonlar hazırladı. Karbonizasyon sıcaklığın 773K’den 1073K’e kadar arttırılması üretilen her beş örneğin spesifik yüzey alanlarını arttırdığı, fakat 1173K’de yüzey alanlarının düştüğü bulundu. Ayrıca, çalışmada antep fıstığı kabuğundan ve yağ palmiye kabuğundan hazırlanan aktif karbonların gözenek hacim gelişmesi üzerine sıcaklık etkisi çalışıldı. Tüm karbonizasyon sıcaklıklarında mikropor hacimleri mezopor hacimlerinden daha yüksek olduğu bulundu, fakat her iki örnek için de mikropor hacimleri 1173K’de düştü.

15

Alau, Gimba, Kagbu ve Nale (2010), üç farklı aktivasyon kimyasalı (ZnCl2, H3PO4,

and KOH) kullanarak neem ağacı kabuğundan (Azadirachta indica) aktif karbonlar hazırladılar. Çalışmada, her aktivasyon kimyasalının farklı optimum aktivasyon sıcaklıklarına (sırasıyla ZnCl2, H3PO4, and KOH için 400, 500 ve 350 ˚C) sahip

oldukları tespit edildi. Allwar vd. (2008), ZnCl2 ile aktive ederek yağ palmiye

kabuklarından üretilen aktif karbonun yüzey karakteristiklerini çalıştı. Piroliz, 400-800 ˚C aralığında farklı aktivasyon sıcaklıklarında yapıldı. Piroliz sıcaklığının 400’den 500 ˚C’a arttırılması ile aktif karbonun mikropor hacminde artış ve 500 ˚C’ın üzerinde ise genel olarak mikropor hacminde düşüş görüldü. Maksimum mikropor hacmi 500 ˚C piroliz sıcaklığında 0,74 cm3_{/g olarak tespit edildi. Sonuç olarak, piroliz sıcaklığı olarak}

400 ˚C kullanılmasının, gözenekleri geliştirmek için yeterli olmadığı ve aktif karbonun düşük mikropor hacmine sahip olmasına neden olduğu ifade edilmiştir. Fakat piroliz sıcaklığının 600-800 ˚C aralığında arttırıldığında, aktif karbonun gözenekli duvarların bazılarının büzülmesinden veya kırılmasından (gözenekleri bloke edebilir) dolayı gözenek hacminin düşmesine neden olduğu belirtilmiştir.

Foo ve Lee (2010), farklı sıcaklıklarda başlangıç maddesi olarak “petai” kullanarak H3PO4 (1/1 ve 2/1 impregnasyon oranlarında) ile aktif karbonlar hazırlamış ve bu aktif

karbonların özelliklerini incelediler. Bu çalışmada sıcaklığın 450’den 600 ˚C’tan kadar arttırılması ile aktif karbonun yüzey alanı yavaş bir artış gösterdi ve 650 ˚C’tan daha ileri ki sıcaklıklarda yüzey alanı düşmeye başlamıştır. Ayrıca, sıcaklığın artmasıyla gözeneklilik artmıştır. Bu durumun nedeni olarak aktivasyon kimyasalı tarafından üretilen çapraz bağlı kafes yapıdan katranın salınıvermesi gösterilmiştir.

Daffalla vd. (2012), fenol’ü uzaklaştırmak için aktivasyon kimyasalı olarak ZnCl2 ve

H3PO4’ü kullanıp pirinç kabuğundan aktif karbon hazırladılar. Bu çalışmada

karbonizasyon sıcaklığının, karbonun gözenek yapısı üzerinde önemli etkilere sahip olduğu bulundu. Karbonizasyon 500 ve 600 ˚C’larda 1 saat süreyle yapıldı. Yüksek sıcaklığın artan uçucuları salabileceğinden dolayı yüksek sıcaklık kullanımının karbon verimini düşürdüğü ifade edildi. Ayrıca çalışma gösterdi ki, sıcaklığın 500’den 600 ˚C’a arttırılması fenol uzaklaştırmasını düşürdü. Sonuç olarak, aktivasyon sıcaklığının 500 ˚C’tan fazla olması durumunda şiddetli gazlaştırma reaksiyonları oluştuğu ve bu reaksiyonların mikropor yapıları yıkarak veya birleştirerek zarar verdiğinden dolayı fenol uzaklaştırma veriminde düşüş görüldüğü ifade edilmiştir.

16

Gonzalez-Serrano, Cordero, Rodriguez-Mirasol, Cotoruelo ve Rodriguez (2004), aktivasyon sıcaklığının mezopor boyut dağılımı üzerinde önemli bir etkiye sahip olmadığını gösterdiler. Ayrıca, bu çalışmada, kraft siyah likörlerden üretilen aktif karbonların içindeki karbon-oksijen yüzey gruplarının toplam miktarının aktivasyon sıcaklığının artması ile arttığı tespit edilmiştir.

Diğer bir çalışmada, palmiye kabuklarından üretilen aktif karbonun gözenek gelişmesi üzerine karbonizasyon sıcaklığının etkileri incelendi (Daud, Ali & Sulaiman, 2000). İlk olarak, palmiye kabukları 3 farklı sıcaklıkta (500, 800 ve 900 ˚C) karbonize edildikten sonra 820 ˚C’ta aktive edildiler. Daha yüksek sıcaklıkta char’dan üretilen aktif karbonun mikropor hacminde artış olduğu gözlendi. Bununla beraber, tüm 3 karbonizasyon sıcaklıkları için hem mikropor hem de mezopor hacimleri, ara karbon tükenmesinde maksimum değerlere sahip oldu. Ayrıca, mezopor ve makropor hacimleri üzerine karbonizasyon sıcaklıklarının etkilerinin düzenli bir eğilime sahip olmadıkları tespit edildi.

Diğer bir çalışmada, Hindistan cevizi kabuğu char’ından üretilen aktif karbon ve Hindistan kabuğu char’ının gözenek gelişmeleri üzerine karbonizasyon sıcaklığının etkileri incelendi (Li vd., 2008). Hindistan kabuğu 4 farklı sıcaklıkta (400, 600, 800 ve 1000 ˚C) karbonize edildikten sonra elde edilen char’lar 4 farklı aktivasyon süresinde (30, 60, 90 ve 120 dakika) 900 ˚C’ta fiziksel aktivasyona tabii tutuldu. Çalışmada, daha yüksek sıcaklıklarda hem char’ın hem de aktif karbonun daha yüksek BET yüzey alanlarına, mikropor hacimlerine ve verimlere sahip oldukları bulunmuştur.

2.2.4. Karbonizasyon süresinin yüzey alanı ve gözenek hacmi üzerine olan etkisi