Characterization and Production of Activated Carbon from Doum Palm Fruit Shell

Abstract

Activated carbon has a highly developed internal surface area and porosity is used in a wide industry area due to its adsorption capacity of organic and inorganic substances. In this study, doum palm fruit shells were activated with ZnCl2 for 10 hours and then exposed to carbonization at 900 °C for 2 hours to obtain activated carbon. The character analysis of activated carbon was investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Brunauer-Emmett-Teller (BET) and thermal gravimetric analysis (TGA). In the study, the surface area of activated carbon was determined as 84.629 m² / g for raw sample and 433.192 m² / g for activated carbon.The increase in the porosity of the activated samples is clearly apparent from the pore size distribution and SEM images. The thermal gravimetric analysis result showed that the degradation of the raw sample took place in two stages. Moreover, in the EDX analysis, the zinc element in the structure of the activated carbon indicates that the activation process was carried out successfully.

Keywords

• Activated Carbon
• Doum Palm Fruıt
• Porosity

Doum Palm Meyve Kabuklarından Aktif Karbon Üretimi ve Karakterizasyonu

Abstract

Çok gelişmiş bir iç yüzey alanına ve gözenekli yapıya sahip olan aktif karbon, organik ve inorganik maddeleri adsorplaması kapasitesi nedeniyle endüstrinin geniş bir alanında kullanılmaktadır. Bu çalışmada, Doum Palm (DP) meyve kabukları, 10 saat ZnCl₂ ile aktive edildi ve aktive karbon elde etmek için 2 saat boyunca 900 ° C'de karbonizasyona maruz bırakıldı. Aktif karbonun karakter analizi X-ışını difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi (EDX), Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), Brunauer-Emmett-Teller (BET) ve Termal Gravimetrik Analiz (TGA) ile incelenmiştir. Çalışmada, aktif karbonun yüzey alanı ham numune için 84.629 m² / g ve aktif karbon için 433.192 m² / g olarak belirlenmiştir. Aktive edilmiş numunelerin gözenekliliğindeki artış, gözenek boyut dağılımından ve SEM görüntülerinden açıkça anlaşılmaktadır. Termal gravimetrik analiz sonuçları, ham numunenin bozulmasının iki aşamada gerçekleştiğini göstermektedir. Ayrıca, EDX analizi sonucunda aktif karbonun yapısındaki çinko elementi, aktivasyon işleminin başarıyla gerçekleştirildiğini göstermektedir.

Keywords

• Aktif karbon
• Doum palm meyvesi
• Porozite

References

1. Açıkyıldız, M., Gürses, A., & Karaca, S. (2014). Preparation and characterization of activated carbon from plant wastes with chemical activation. Microporous and Mesoporous Materials, 198, 45-49. doi:https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2014.07.018
2. Danish, M., Hashim, R., Ibrahim, M. N. M., Rafatullah, M., Sulaiman, O., Ahmad, T., . . . Ahmad, A. (2011). Sorption of Copper(II) and Nickel(II) Ions from Aqueous Solutions Using Calcium Oxide Activated Date (Phoenix dactylifera) Stone Carbon: Equilibrium, Kinetic, and Thermodynamic Studies. Journal of Chemical and Engineering Data, 56(9), 3607-3619. doi:10.1021/je200460n
3. Danish, M., Hashim, R., Ibrahim, M. N. M., & Sulaiman, O. (2013). Effect of acidic activating agents on surface area and surface functional groups of activated carbons produced from Acacia mangium wood. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 104, 418-425. doi:10.1016/j.jaap.2013.06.003Hameed, B. H., Ahmad, A. A., & Aziz, N. (2007). Isotherms, kinetics and thermodynamics of acid dye adsorption on activated palm ash. Chemical Engineering Journal, 133(1-3), 195-203. doi:10.1016/j.cej.2007.01.032
4. İskeçeli, M. (2010). KESTANE KABUKLARINDAN SENTETĐK AKTĐF KARBON HAZIRLAMASI VE METĐLEN MAVĐSĐ GĐDERĐMĐNDE KULLANILMASI. Jagtoyen, M., & Derbyshire, F. (1998). Activated carbons from yellow poplar and white oak by H3PO4 activation. Carbon, 36(7-8), 1085-1097. doi:Doi 10.1016/S0008-6223(98)00082-7
5. Kumar, J. A., Amarnath, D. J., Jabasingh, S. A., & Sathish, S. (2016). Thermo-chemical sequestration of naphthalene using Borassus flabellifer Shell activated carbon: Effect of influencing parameters, isotherm and kinetic study. African Journal of Biotechnology, 15(48), 2703-2713. Leddy, N. (2012). SURFACE AREA AND POROSITY. In. CMA Analytical Workshop.
6. Olivares-Marin, M., Fernandez-Gonzalez, C., Macias-Garcia, A., & Gomez-Serrano, V. (2006). Preparation of activated carbon from cherry stones by chemical activation with ZnCl2. Applied Surface Science, 252(17), 5967-5971. doi:10.1016/j.apsusc.2005.11.008
7. Örkün, Y. (2011). FINDIK KABUĞUNDAN FİZİKSEL VE KİMYASAL AKTİVASYONLA AKTİF KARBON ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU. (YÜKSEK LİSANS TEZİ), İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ,
8. Sahu, J. N., Acharya, J., & Meikap, B. C. (2010). Optimization of production conditions for activated carbons from Tamarind wood by zinc chloride using response surface methodology. Bioresource Technology, 101(6), 1974-1982. doi:10.1016/j.biortech.2009.10.031

9. Saygılı, H. (2015). Bazı Bitkisel Posalardan Nano Gözenekli Aktif Karbonlar Üretilmesi ve Bazı Adsorpsiyon Uygulamalarında Kullanılabilirliğinin İncelenmesi. Dicle Saygılı, H. (2017). Yeni bir hammaddeden üretilmiş karbonlu malzemenin yapısal, morfolojik ve gözenek özellikleri üzerine çalışmalar. DÜMF Mühendislik Dergisi, 8(1), 245-252.
10. Solum, M. S., Pugmire, R. J., Jagtoyen, M., & Derbyshire, F. (1995). Evolution of Carbon Structure in Chemically Activated Wood. Carbon, 33(9), 1247-1254. doi:Doi 10.1016/0008-6223(95)00067-N
11. Tasmakıran, A. F. (2010). Zirai Yan Ürünlerin Modifiye Edilerek Yeni Adsorbanların Hazırlanması ve Boyaların Adsorpsiyonu.
12. Viera, R. G. P., Filho, G. R., de Assunção, R. M. N., S. Meireles, C. d., Vieira, J. G., & de Oliveira, G. S. (2007). Synthesis and characterization of methylcellulose from sugar cane bagasse cellulose. Carbohydrate Polymers, 67(2), 182-189. doi:https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2006.05.007
13. Wang, K., Zhao, N., Lei, S., Yan, R., Tian, X., Wang, J., . . . Liu, L. J. E. A. (2015). Promising biomass-based activated carbons derived from willow catkins for high performance supercapacitors. 166, 1-11.
14. Yorgun, S., Vural, N., & Demiral, H. (2009). Preparation of high-surface area activated carbons from Paulownia wood by ZnCl2 activation. Microporous and Mesoporous Materials, 122(1-3), 189-194. doi:10.1016/j.micromeso.2009.02.032
15. Zhang, L., Wang, Q., Wang, B. B., Yang, G. H., Lucia, L. A., & Chen, J. C. (2015). Hydrothermal Carbonization of Corncob Residues for Hydrochar Production. Energy & Fuels, 29(2), 872-876. doi:10.1021/ef502462p