Activated carbon production from chestnut shell: temperature and phosphoric acid effect

Öz

Currently, waste management is focused on recycling waste for the production of valuable products. In this context, activated carbon is a very popular topic due to its ability to be produced from almost any type of organic matter and its wide range of applications. In this study, chestnut shells with a particle size of 0.5-1.0 mm, which were not subjected to any pretreatment, were activated with phosphoric acid at 1:1 and 1:2 (shell/phosphoric acid) ratios, and then subjected to pyrolysis for 30 minutes at a flow rate of 100 ml/min of nitrogen gas in a fixed-bed reactor at temperatures of 400 °C, 450 °C, and 500 °C. The maximum activated carbon yield was obtained at a pyrolysis temperature of 400 °C and an activation ratio of 1:2. Furthermore, the surface morphology and crystal structure of the obtained activated carbon samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD), respectively. The results indicate that chestnut shells are a suitable raw material source for the production of activated carbon.

Anahtar Kelimeler

• Activated carbon
• Chestnut shell
• Chemical activation
• Pyrolysis

Kestane kabuğundan aktif karbon üretimi: sıcaklık ve fosforik asit etkisi

Öz

Günümüzde atık yönetimi, atıkların yeniden işlenerek değerli ürün eldesi üzerine yoğunlaşmaktadır. Bu kapsamda aktif karbon, hemen hemen her türlü organik maddeden üretilebilmesi ve çok geniş uygulama alanına sahip olması sebebi ile oldukça popüler bir konudur. Bu çalışmada, herhangi bir ön işleme tabi tutulmayan 0.5-1.0 mm parçacık boyutuna sahip kestane kabuğu, 1:1 ve 1:2 (kabuk/fosforik asit) oranında fosforik asit ile aktifleştirildikten sonra 400 °C, 450 °C ve 500 °C sıcaklıkta 100 ml/dk azot gazı akış hızında olacak şekilde sabit yataklı bir reaktörde 30 dakika süreyle piroliz işlemine tabi tutulmuştur. Maksimum aktif karbon verimi 400 °C piroliz sıcaklığında ve 1:2 aktifleştirme oranında elde edilmiştir. Ayrıca elde edilen aktif karbon numunelerinin yüzey morfolojik yapısı ve kristal yapısı durumu sırasıyla taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını difraktometre (XRD) ile detaylı bir şekilde karakterize edilmiştir. Elde edilen bulgular kestane kabuğunun aktif karbon yapımı için uygun bir hammadde kaynağı olduğunu göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• Aktif karbon
• kestane kabuğu
• kimyasal aktivasyon
• piroliz

Kaynakça

1. Akyıldız H (2007) H3PO4 aktivasyonu ile zeytin çekirdeğinden aktif karbon üretimi. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, İstanbul.
2. Auta M, Hameed BH (2011) Optimized waste tea activated carbon for adsorption of Methylene Blue and Acid Blue 29 dyes using response surface methodology. Chemical Engineering Journal, 175:233-243.
3. Burg P, Fydryc P, Cagniant D, Nanse G, Bimer J, Jankowska A (2002) The characterization of nitrogen-enriched activated carbons by IR, XPS and LSER methods. Carbon, 40(9):1521-1531.
4. Döşemen Y (2009) Kestane kabuğundan aktif karbon üretimi. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, İstanbul.
5. Ertaş M (2010) Bazı artık biyokütlelerin yavaş pirolizi ve piroliz ürünlerinin karakterizasyonu. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, Kahramanmaraş.
6. Ertaş M, Alma MH (2010) Pyrolysis of Laurel (Laurus nobilis L.) extraction residues in a fixed-bed reactor: Characterization of bio-oil and bio-char. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 88(1):22-29.
7. Iqbal MJ, Ashi MN (2007) Adsorption of dyes from aqueous solutions on activated charcoal. Journal of Hazardous Materials, 139(1):57-66.
8. Jagtoyen M, Derbyshire F (1998) Activated carbons from yellow poplar and White Oak by H3PO4 activation. Carbon, 36(7-8):1085-1097.

9. Küçükgül EY (2004) Ticari aktif karbon üretimi ve özelliklerinin belirlenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 6(3):41-56.
10. Laine J, Calafat A (1989) Preparation and characterization of activated carbons from coconut shell impregnated with phosphoric acid. Carbon, 27(2):191-195.
11. Mohan SV, Karthikeyan J (1997) Removal of lignin and tannin colour from aqueous solution by adsorption onto activated charcoal. Environmental Pollution, 97(1-2):183-187.
12. Okman I, Karagöz S, Tay T, Erdem M (2014) Activated carbons from grape seeds bychemical activation with potassium carbonate and potassium hydroxide. Applied Surface Science, 293:138–142.
13. Özdemir B (2009) Aktif karbon üretim sürecinin termogravimetrik analiz ile incelenmesi. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, İstanbul.
14. Pezoti Jr O, Cazetta AL, Souza IP, Bedin KC, Martins AC, Silva TL, Almeida VC (2014) Adsorption studies of methylene blue onto ZnCl2-activated carbon produced from buriti shells (Mauritia flexuosa L.). Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20(6):4401-4407.
15. Sayın ZE, Kumaş C, Ergül B (2016) Fındık kabuğundan aktif karbon üretimi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 16(2):409-419.
16. Sych NV, Trofymenko SI, Poddubnaya OI, Tsyba MM, Sapsay VI, Klymchuk DO, Puziy AM (2012) Porous structure and surface chemistry of phos-phoric acid activated carbon from corncob. Appl. Surf. Sci., 261:75–82.
17. Şamdan CA (2013) Kabak çekirdeği kabuğundan kimyasal aktivasyonla aktif karbon üretimi boya ve ağır metal gideriminde değerlendirilmesi. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir.
18. Thomas TD (2008) The role of activated charcoal in plant tissue culture. Biotechnology Advances, 26(6):618-631.
19. Yang J, Qiu K (2010) Preparation of activated carbons from walnut shells via vacuum chemical activation and their application for methylene blue removal. Chemical Engineering Journal, 165(1):209-217.
20. Zhang YJ, Xing ZJ, Duan ZK, Li M, Wang Y (2014) Effects of steam activation on the pore structure and surface chemistry of activated carbon derived from bamboo waste. Applied Surface Science, 315:279-286.