Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi

Yıl 2020, , 1243 - 1256, 07.04.2020

İffet İşıl Gürten İnal , Yavuz Gökçe , Emine Yağmur , Zeki Aktaş

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.425990

Cited By: 6

Öz

Bu çalışmada çay fabrikası atığından H₃PO₄
aktivasyonu ile aktif karbon üretilmiş, üretilen örneklere farklı derişimlerde
(v/v, % 3,33, % 10, % 20 ve % 40) HNO₃ kullanılarak asidik yüzey
modifikasyonu işlemi uygulanmıştır. Örneklerin süperkapasitör elektrot
malzemesi olarak kullanılabilirliği, sulu asidik elektrolit (1 M H₂SO₄)
ortamında test edilmiştir. İşlem görmemiş ve modifiye aktif karbon örneklerinin
yüzey karakterizayonu çeşitli kimyasal ve fiziksel yöntemlerle
gerçekleştirilmiş, yüzey oksijenli grupların tipi ve miktarının elektrokimyasal
performans üzerine etkisi araştırılmıştır. Sonuç olarak, modifikasyonda kullanılan
asit derişiminin aktif karbonun yüzey alanı ve gözenekliliğini önemli oranda
etkilediği belirlenmiştir. Asit derişimi % 3,33’ün üzerine çıktığında yüzey
alanında büyük düşüş gözlenmiştir. Asit derişiminin artmasıyla yüzeydeki
oksijenli grupların derişiminde artış gözlenirken, fonksiyonel grup tipi
farklılık göstermektedir. % 3,33 HNO₃ ile modifiye edilen örnekten
hazırlanan elektrot, işlem görmemiş aktif karbondan hazırlanan elektrota göre
daha iyi performans sergilemiş, asit derişimi arttıkça elektrot performansında
elektrot iç direncindeki artışa bağlı olarak önemli ölçüde düşüş gözlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

Çay atığı, aktif karbon, asidik yüzey modifikasyonu, süperkapasitör, elektrokimyasal performans

Kaynakça

• [1] Liu D.D., Gao J.H., Cao Q.X., Wu S.H., Qin Y.K., Improvement of activated carbon from Jixi bituminous coal by air preoxidation, Energy & Fuels, 31 (2), 1406–1415, 2017.
• [2] Khosravi R., Azizi A., Ghaedrahmati R., Gupta V.K., Agarwal S., Adsorption of gold from cyanide leaching solution onto activated carbon originating from coconut shell-optimization, kinetics and equilibrium studies, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 54, 464-471, 2017.
• [3] Yagmur E., Ozmak M., Aktas Z., A novel method for production of activated carbon from waste tea by chemical activation with microwave energy, Fuel, 87 (15-16), 3278-3285, 2008.
• [4] Tsubota T., Morita M., Kamimura S., Ohno T., New approach for synthesis of activated carbon from bamboo, Journal of Porous Materials, 23 (2), 349-355, 2016.
• [5] Balbaşı M., Şahin A., Symmetrical supercapacitor application with low activated carbon content, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 30 (4), 683-692, 2015.
• [6] Imoto K., Takahashi K., Yamaguchi T., Komura T., Nakamura J., Murata K., High-performance carbon counter electrode for dye-sensitized solar cells, Solar Energy Materials & Solar Cells, 79, 459–469, 2003.
• [7] Elazari R., Salitra G., Garsuch A., Panchenko A., Aurbach D., Sulfur-impregnated activated carbon fiber cloth as a binder-free cathode for rechargeable Li-S batteries, Advanced Materials, 2 (47), 5641-5644, 2011.
• [8] Kim C.S., Srimuk P., Lee J., Fleischmann S., Aslan M., Presser V., Influence of pore structure and cell voltage of activated carbon cloth as a versatile electrode material for capacitive deionization, Carbon, 122, 329-335, 2017.
• [9] Aygün A., Yenisoy Karakaş Y., Duman I., Production of granular activated carbon from fruit stones and nutshells and evaluation of their physical, chemical and adsorption properties, Microporous and Mesoporous Materials, 66 (2-3), 189-195, 2003.
• [10] Bhatnagar A., Hogland W., Marques M., Sillanpaa M., An overview of the modification methods of activated carbon for its water treatment applications, Chemical Engineering Journal, 219, 499-511. 2013.
• [11] Laszlo K., Tombacz E., Josepovits K., Effect of activation on the surface chemistry of carbons from polymer precursors, Carbon, 39 (8), 1217-1228, 2001.
• [12] Gurten Inal I.I., Holmes S.M., Banford A., Aktas Z., The performance of supercapacitor electrodes developed from chemically activated carbon produced from waste tea, Applied Surface Science, 357, Part A, 696-703, 2015.
• [13] Gao F., Qu J.Y., Zhao Z.B., Wang Z.Y., Qiu J.S., Nitrogen-doped activated carbon derived from prawn shells for high-performance supercapacitors, Electrochimica Acta, 190, 1134-1141, 2016.
• [14] Tian X., Ma H.R., Li Z., Yan S.C., Ma L., Yu F., Wang G., Guo X.H., Ma Y.Q., Wong C.P., Flute type micropores activated carbon from cotton stalk for high performance supercapacitors, Journal of Power Sources, 359, 88-96, 2017.
• [15] Gurten Inal I.I., Holmes S.M., Yagmur E., Ermumcu N., Banford A., Aktas Z., The supercapacitor performance of hierarchical porous activated carbon electrodes synthesised from demineralised (waste) cumin plant by microwave pretreatment, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 61, 124-132, 2018.
• [16] Pandolfo A.G., Hollenkamp A.F., Carbon properties and their role in supercapacitors, Journal of Power Sources, 157 (1), 11-27, 2006.
• [17] Han Y., Zhao P.P., Dong X.T., Zhang C., Liu S.X., Improvement in electrochemical capacitance of activated carbon from scrap tires by nitric acid treatment, Frontiers of Materials Science, 8 (4), 391-398, 2014.
• [18] Fan L.Z., Quiao S.Y., Song W.L., Wu M., He X.B., Qu X.H. Effects of the functional groups on the electrochemical properties of ordered porous carbon for supercapacitors, Electrochimica Acta, 105, 299-304, 2013.
• [19] Hsieh C.T., Teng H., Influence of oxygen treatment on electric double-layer capacitance of activated carbon fabrics, Carbon, 40, 667-674, 2002.
• [20] Nian Y.R. ve Teng H. Influence of surface oxides on the impedance behavior of carbon-based electrochemical capacitors, Journal of Electroanalytical Chemistry, 540, 119-127, 2003.
• [21] Gokce Y., Aktas Z., Nitric acid modification of activated carbon produced from waste and adsorption of methylene blue and phenol, Applied Surface Science, 313, 352-359, 2014.
• [22] Boehm H.P., Some aspects of the surface chemistry of carbon blacks and other carbons Carbon, 32, 759-769, 1994.
• [23] de Celis J., Amadeo N.E., Cukierman A.L., In situ modification of activated carbons developed from a native invasive wood on removal of trace toxic metals from wastewater, Journal of Hazardous Materials, 161 (1), 217-223, 2009.
• [24] Okajima K., Ohta K., Sudoh M., Capacitance behavior of activated carbon fibers with oxygen-plasma treatment, Electrochim Acta, 50, 2227-2231, 2005.
• [25] Oda H., Yamashita A., Minoura S., Okamoto M., Morimoto T., Modification of the oxygen-containing functional group on activated carbon fiber in electrodes of an electric double-layer capacitor, Journal of Power Sources, 158, 1510-1516, 2006.