Süperkritik karbondioksit kurutma kullanılarak biyokütleden karbon aerojel sentezi ve karakterizasyonu

Yıl 2024, , 351 - 358, 21.08.2023

Emine Kaya Ekinci , Mustafa Serhat Ekinci

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1183744

Öz

Karbon aerojellerin gözenekli yapısı, yenilenebilirliği, düşük yoğunluğu, yüksek elektriksel iletkenliği ve kimyasal kararlığı gibi üstün özellikleri kimyasal proseslerde adsorbent ya da katalizör olarak kullanımını yaygınlaştırılmıştır. Karbon aerojel üretiminde hammadde olarak Resorsinol-Formaldehit yerine biyokütlelerin kullanılması, üretim maliyetini düşürmesinin yanı sıra çevre dostu bir uygulamadır. Yapılan çalışmada iki farklı biyokütle (ağaç kabuğu ve demlenmiş çay atığı) kullanılarak karbon aerojel sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentez esnasında kullanılan biyokütle sırasıyla önişlem (yıkama/öğütme), hidrotermal işlem, süperkritik karbondioksit ile kurutma ve karbonizasyon aşamalarından geçmiştir. Sentezlenen malzemelerin karakterizasyounda XRD, Azot adsorpsiyon – desorpsiyon analizi, SEM ve FTIR analizleri kullanılmıştır. Sentezlenen karbon aerojeller üstün özellikleri ile enerji depolama, ısı yalıtımı, çevre temizliği, kimyasal sensörler gibi alanlarda kullanımı açısından oldukça umut vericidir.

Anahtar Kelimeler

Karbon aerojel, süperkritik karbondioksit, biyokütle, biyoatık

Kaynakça

• 1. Zhang, F., Liu, T. Y., Zhang, J., Cui, H. E., Yue, L., Jiang, R.Y., Hou, G. H., The potassium hydroxide-urea synergy in improving the capacitive energy-storage performance of agar-derived carbon aerogels Carbon, 147, 451–459, 2019.
• 2. Gan, G. Li, X. Fan, S. Wang, L. Oin, M. Yin, Z. Chen, G., Carbon Aerogels for Enviromental Clean-Up. Europan Journal of Inorganic Chemistry, 27, 3126-3141, 2019.
• 3. Wang X., Zhang Y., Jiang H., Song Y., Zhou Z., Zhao H., Fabrication and characterization of nanocellulose aerogels viasupercritical CO2 drying technology. Materials Letters, 183, 179-182, 2016.
• 4. Zu, G., Shen, J., Zou, L., Wang, F., Wang, X., Zhang, Y., Yao, X., Nanocellulose-derived highly porous carbon aerogels for supercapacitors, Carbon, 99, 203–211, 2016.
• 5. IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans, World Health Organization International Agency for research on Cancer, 62, 2006. Web erşim: http://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol62/ .
• 6. Sam, D. K., Sam, E. K., Durairaj, A., Zhou, Z., Liu, J., Synthesis of biomass-based carbon aerogels in energy and sustainability, Carbohydrate Research, 491, 107986, 2020.
• 7. Yue, X., Zhang, T., Yang, D., Qiu, F., Li, Z., Hybrid aerogels derived from banana peel and waste paper for efficient oil absorption and emulsion separation, J. Clean. Prod. 199, 411–419, 2018.
• 8. Zhu, L., Jiang, H., Ran, W., You, L., Yao, S., Shen, X., Tu, F., Turning biomass waste to a valuable nitrogen and boron dual-doped carbon aerogel for high performance lithium-sulfur batteries, Appl. Surf. Sci. 489, 154–164, 2019.
• 9. Chen, H., Wang, X., Li, J., Wang, X., Cotton derived carbonaceous aerogels for the efficient removal of organic pollutants and heavy metal ions, J. Mater. Chem. A., 3, 6073–6081, 2015.
• 10. Inal, I. G., Holmes, S. M., Banford, A., Aktaş, Z., The performance of supercapacitor electrodes developed from chemically activated carbon produced from waste tea, Applied Surface Science, 357, 696–703, 2015.
• 11. Yu, M., Li, J., Wang, L., KOH-activated carbon aerogels derived from sodium carboxymethyl cellulose for high-performance supercapacitors and dye adsorption, Chemical Engineering Journal, 310, 300–306, 2017.
• 12. Imran, M., Islam, A., Farooq, M.U., Ye, J., Zhang, P., Characterization and adsorption capacity of modified 3D porous aerogel from grapefruit peels for removal of oils and organic solvents, Environmental Science and Pollution Research, 27, 43493–43504, 2010.
• 13. Jintana, K., Somyote, K., Utilization of Rubber Tree Bark for Reduction of Mill Scale at 1550 ◦C: Implication for Sustainable Wastes Recycling in Steelmaking Process, Metals., 11, 1738, 2021.
• 14. Anoop, S., Neena, P., Devendiran, S., Sastikumar, D., Karthikeyan, B., Optical, Vibrational And Fiber Optic Gas-Sensing Properties Of Hematite Microparticle, Applied Physics A, 124, 677, 2018.
• 15. Cui, Y. Chang, J. Wang, W., Fabrication of Glass Fiber Reinforced Composites Based on Bio-Oil Phenol Formaldehyde Resin Materials, 9(11), 886, 2016.
• 16. Mecozzi, M. Pietroletti, M. Michele S., Monitoring of marine mucilage formation in Italian seas investigated by infrared spectroscopy and independent component analysis, Environmental Monitoring and Assessment ,184(10), 6025-6036, 2011.
• 17. Yin, A., Xu, F., Zhang, X., Fabrication of Biomass-Derived Carbon Aerogels with High Adsorption of Oils and Organic Solvents: Effect of Hydrothermal and Post-Pyrolysis Processes, Materials, 6;9(9),758, 2016.
• 18. Meng, Y., Wang, X., Wu, Z., Wang, S., Young, T.M., Optimization of cellulose nanofibrils carbon aerogel fabrication using response surface methodology, Eur. Polym. J., 73, 137–148, 2015.
• 19. Balkabak, D., Öztürk, B., Cabbar, H. C., Karbon Aerojel Üretiminde Piroliz Ve Aktivasyonun Etkisi" . Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 28, 627-633, 2013.