Hidrotermal Karbonizasyon Yöntemi ile Üretilen Aktif Karbonun Mikroyapı Analizi

Öz

Bu çalışmada, kayısı çekirdeği kabuğundan hidrotermal karbonizasyon ve kimyasal aktivasyon yöntemleriyle üretilen aktif karbonların mikroyapısal özellikleri incelenmiştir. Modern dünyada artan atık yönetimi ihtiyacı kapsamında, biyokütle kaynaklarının değerlendirilmesi önem kazanmaktadır. Çalışmada, kayısı çekirdeği kabukları önce hidrotermal karbonizasyon işlemine tabi tutulmuş, ardından KOH aktivasyonu ile gözenekli yapı geliştirilmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri ile malzemelerin yüzey morfolojisi karakterize edilmiştir. Hidrotermal karbonizasyon sonucu üretilen hidrokömürlerde düzensiz morfoloji ve kapalı gözenek yapısı gözlemlenirken, kimyasal aktivasyon sonrası nanometre-mikrometre ölçeğinde hiyerarşik gözenek yapıları oluşmuştur. Aktivasyon sıcaklığının 240°C’den 260°C’ye yükseltilmesi gözenek gelişimini olumlu etkilerken, 300°C’ye çıkılması belirgin bir değişikliğe neden olmamıştır. S-A2 numunesi en yüksek gözenekliliği sergilemiştir. KOH aktivasyonunun düzenli ve homojen dağılımlı mikro gözenekler oluşturduğu belirlenmiştir. Sonuçlar, kayısı çekirdeği kabuğunun kontrollü gözenek yapısına sahip yüksek performanslı aktif karbon üretimi için uygun bir hammadde olduğunu göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• Hidrotermal karbonizasyon
• Kayısı çekirdeği kabuğu
• Aktif karbon
• Mikroyapı

Microstructure Analysis of Activated Carbon Produced by Hydrothermal Carbonization Method

Öz

In this study, the microstructural properties of activated carbons produced from apricot kernel shells through hydrothermal carbonization and chemical activation methods were investigated. Within the scope of increasing waste management needs in the modern world, the utilization of biomass resources has gained importance. In the study, apricot kernel shells were first subjected to hydrothermal carbonization, followed by the development of porous structure through KOH activation. Surface morphology of the materials was characterized by scanning electron microscopy (SEM) analyses. While irregular morphology and closed pore structure were observed in hydrochars produced by hydrothermal carbonization, hierarchical pore structures at nanometer-micrometer scale were formed after chemical activation. While increasing the activation temperature from 240°C to 260°C positively affected pore development, increasing to 300°C did not cause a significant change. Sample S-A2 exhibited the highest porosity. It was determined that KOH activation created regular and homogeneously distributed micropores. The results showed that apricot kernel shell is a suitable raw material for producing high-performance activated carbon with controlled pore structure.

Anahtar Kelimeler

• Hydrothermal carbonization
• Apricot kernel shell
• Activated carbon
• Microstructure

Kaynakça

1. MŞ Akkuş. Endüstriyel Atıktan Hidrotermal Yöntemle Hazırlanan Fonksiyonel Karbon Malzemelerin Çevre Ve Enerji Uygulamalarında Kullanılabilirliğin İncelenmesi, Batman Üniversitesi, 2022.
2. A Aygün, S Yenisoy-Karakaş, I Duman, Production of granular activated carbon from fruit stones and nutshells and evaluation of their physical, chemical and adsorption properties, Microporous Mesoporous Mater. 2003;(66) 189–195.
3. AL Cazetta, AMM Vargas, EM Nogami, MH Kunita, MR Guilherme, AC Martins, TL Silva, JCG Moraes, VC. Almeida. NaOH-activated carbon of high surface area produced from coconut shell: Kinetics and equilibrium studies from the methylene blue adsorption, Chem Eng J 2011, 174;117–125.
4. OÖ Namal. Sulu Çözeltiden Modifiyeli Kayısı Çekirdeği Kabuğu ile Metilen Mavisi Boyasının Giderimi, Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, 2017.
5. A Boylu, Hidrotermal Karbonizasyon Yöntemiyle Adsorban Geliştirilmesi ve Uygulamaları, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, 2021.
6. A Kıvanç. Hidrotermal Karbonizasyon Yöntemiyle Gerçek ve Model Biyokütlelerden Karbon Nanoküre Sentezi ve Karakterizasyonu, Ankara Üniversitesi Fen, 2012.
7. Z Hu, MP Srinivasan. Preparation of high-surface-area activated carbons from coconut shell, Microporous Mesoporous Mater 1999; (27) 11–18.
8. AC Lua, T Yang. Effect of activation temperature on the textural and chemical properties of potassium hydroxide activated carbon prepared from pistachio-nut shell, J Colloid Interface Sci 2004;(274) 594–601.

9. Ş Çemrek. Kayısı Çekirdeği ve Kestane Kabuklarının Alternatif Enerji Kaynağı Olarak Değerlendirilmesi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, 2011.
10. T Utku. Biyokütle karışımlarının farklı sıcaklık ve ısıtma hızlarında karbonizasyonu ile karbonize ürünlerden Koh kullanılarak aktif karbon eldesi ve karakterizasyonu, İnönü Üniversitesi, 2021.
11. M Rajesh, R Manikandan, S Park, BC Kim, WJ Cho, KH Yu, CJ Raj, Pinecone biomass-derived activated carbon: the potential electrode material for the development of symmetric and asymmetric supercapacitors, Int J Energy Res 2020;(44): 8591–8605.
12. MA Yahya, Z Al-Qodah, CWZ Ngah, Agricultural bio-waste materials as potential sustainable precursors used for activated carbon production: A review, Renew Sustain Energy Rev 2015;(46) 218–235.