Determination of technical properties of obtained activated carbon from high sulfur coal by chemical activation methods

Öz

Anahtar Kelimeler

• Activated carbon
• chemical activation
• high sulfur coal
• Surface area
• Adsorption capasity

Kimyasal aktivasyon yöntemi ile kükürtlü kömürlerden elde edilen aktif karbonun çeşitli özelliklerinin belirlenmesi

Öz

Özellikler gazlar ve sıvıların zararlı içeriklerinin uzaklaştırılmasında ve diğer birçok alanda yaygın olarak kullanılan aktif karbonlar, taşıdıkları özellikleri nedeniyle önemli ithalat kalemlerinden birini oluşturmaktadır. Benzer özelliklerdeki aktif karbonların ucuz, kolay temin edilebilen ve bol miktardaki çeşitli organik kökenli hammaddelerden üretilmesi ülke ekonomisine önemli katkılar sağlayacağı öngörülmektedir. Bu çalışmada tüketim yeri bulamayan veya sınırlı olan yüksek oranda kükürt içeren yarı bitümlü kömürlerin aktif karbon üretiminde değerlendirilmesi amaçlanmış, bu amaca yönelik olarak da aktivasyon kimyasalı olarak ZnCl2’nin kullanıldığı kimyasal aktivasyon yöntemi uygulanmıştır. Kimyasal aktivasyon yönteminin farklı çalışma parametrelerinin (kömür/kimyasal oranı, emdirme süresi ve tane boyutu) aktif karbon üretimine etkileri incelen bu çalışmada, elde edilen aktif karbonun çeşitli teknik özellikleri (BET yüzey alanı, gözenek dağılımı, SEM ile yüzey özelliği, adsorbsiyon kabiliyeti vs.) belirlenmeye çalışılmıştır. Kimyasal aktivasyon yöntemi (ZnCl2) ile elde edilen aktif karbonun, halen ticari olarak kullanılan ithal aktif karbonlar ile karşılaştırmaları yapılmış, önemli teknik özelliklerde benzerliklerinin olduğu tespit edilmiştir. En uygun üretim parametresi olan 1/1 ZnCl2/kömür karışım oranı, 24 saat emdirme süresi ve +2 mm tane boyutundaki kömür 650 oC sıcaklıkta 60 dakika N2 atmosferi altında işlem tabi tutulması ile 733 m2/g yüzey özelliğine sahip, mikro ve mezo gözenekliliğin ön planda olduğu 0,460 cm3/g toplam gözenek hacmine sahip aktif karbon elde edilmiştir. Elde edilen aktif karbonun adsorbsiyon testleri sonucu çözeltide bulunan Cu2+ iyonlarının %99,2’sinin uzaklaştırılabildiği belirlenmiştir. Elde edilen aktif karbonun belirlenen özellikleri, bu malzemenin birçok sektörde kullanılabileceğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• aktif karbon
• kimyasal aktivasyon
• kükürtlü kömür
• yüzey alanı
• adsorbsiyon kapasitesi

Kaynakça

1. Referans 1. Wilson J., Activated carbon from coal, Fuel, vol:60, pp823-831, 1981
2. Referans 2. Hsu L., Teng H., Influence of different chemical reagents on the preparation of activated carbons from bituminous coal, Fuel Processing Technology 64, 155–166, 2000
3. Referans 3. Karaca S., Gürses A., Bayrak R., Investigation of applicability of the various adsorption models of methylene blue adsorption onto lignite water interface, Energy Conversion and Management, vol:46, 33-46, 2005
4. Referans 4. Ahmed, M. “Application of agricultural based activated carbon by microwave and conventional activations for basic dye adsorption review” Journal of Environmental Chemical Engineering, vol: 4, 89-99, 2016
5. Referans 5. Demiral İ., Şamdan C., A., Preparation and characterisation of activated carbon from pumpkin seed shell using H3PO4, Anadolu University Journal of Science and Technology A- Applied Sciences and Engineering Vol:17 No: 1, 125 – 138, 2016
6. Referans 6. Küçükgül E., Y., Ticari aktif karbon üretimi ve özelliklerinin belirlenmesi, DEÜ Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, Sayı: 3, 41-56, 2004
7. Referans 7. Hu Z., Srinivasan M.P., Ni Y., Novel activation process for preparing highly microporous and mesoporous activated carbons, Carbon 39, 877–886, 2001
8. Referans 8. Kopac T., and Toprak A., Preparation of activated carbons from Zonguldak region coal by physical and chemical activation for hydrogen sorption, International Journal of Hydrogen Energy, vol: 32, 5005-5014, 2007

9. Referans 9. Ahmadpour A., Do D., The preparation of activated carbon from coal by chemical and physical activation, Carbon Vol. 34, No. 4, pp. 471-479. 1996
10. Referans 10. Erdoğan F. O., Kopaç T., Investigation of acetone adsorption characteristics of activated carbons obtained from Zonguldak-Karadon coal at room temperature, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 35:4 2211-2224, 2020
11. Referans 11. İnal İ., I., G., Gökçe Y., , Yağmur E., Aktaş Z., Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 35:3 1243-1255, 2020
12. Referans 12. Demiral İ., Demiral H., “Surface characterization of activated carbons obtained from olive bagasse by chemical activation” Surface and Interface Analysis, vol. 40, 1347-1350, 2010
13. Referans 13. Ould-Idriss A., Stitou M., Cuerda-Correa E.M., Fernández-González C., Macías-García A., Alexandre-Franco M.F., Gómez-Serrano V., Preparation of activated carbons from olive-tree wood revisited. II. Physical activation with air Fuel Processing Technology 92 266–270, 2011
14. Referans 14. Rhashidi N., A., Yusup S., Ahmad M., M., Mohamed N., M., Hameed B., H., Activated carbon from the renewable agricultural residues using single step physical activation a preliminary analysis, APCBEE Procedia 3 84 – 92, 2012
15. Referans 15. Demir U. Elbinsoy S., Aktif Karbon Üretiminde Yüksek Kükürtlü Kömürlerin Kullanılabilirliğinin Araştırılması Academic Platform Journal of Engineering and Science 7-1, 45-51, 2019
16. Referans 16. Jawad A., H., Ismail K., Mohd Ishak M., A. , Wilson L., D., “Conversion of Malaysian low-rank coal to mesoporous activated carbon:Structure characterization and adsorption properties” Chinese Journal of Chemical Engineering, vol. 39, 1716-1727
17. Referans 17. Demir U., Kömürden inorganik kükürt ve kül uzaklaştırmada Knelson Konsantratör çalışma parametrelerinin etkisi, Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Sayı: 41, 35-47, 2018
18. Referans 18. Wang Y., Yang H., Jin L., Li Y., Hu H., Ding H., Bai X., Effect of mineral in coal on preparation of activated carbon for methane decomposition to hydrogen Fuel 258, 116138, 2019
19. Referans 19. Zhang H., Niu J., Yin X., Guo Y., Cheng F., Role of inherent pyrite in coal on physicochemical structure of activated carbon and adsorption capacity, Fuel 262, 116527, 2020
20. Referans 20. Kopaç T., Sulu E., Bazik Kırmızı 46 tekstil boyasının Zonguldak kömüründen elde edilen farklı aktif karbonlar üzerinde adsorpsiyon davranışının karşılaştırılması, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 34:3 1227-1240, 2019
21. Referans 21. Karacan F., Karacan K., KOH ve ZnCl2 aktivasyonu ile çanakkale-çan linyitinden aktif karbon üretimi ve karakterizasyonu Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt 20, Sayı 1, Sayfalar 1-8, 2014
22. Referans 22. Mahramanlıoğlu, M., Kızılcıklı İ., Çınarlı A., Bazik boyar maddelerin ağaçlı kömürlerinden elde edilen aktif karbon üzerinde adsorpsiyonu, Selçuk Ünv. Mühendislik Mimarlık Fak. Dergisi, V:21 N:3-4, 2006
23. Referans 23. Usmani, T., Ahmed, T., Ahmed, S., Yousufzai, A., Preparation and characterization of activated carbon from a low rank coal, Carbon Vol. 34, No. 1, pp. 77-82, 1996
24. Referans 24. Shokry H., Elkady M.,,∗, Hamad H., Nano activated carbon from industrial mine coal as adsorbents for removal of dye from simulated textile wastewater: operational parameters and mechanism study, Journal of Material Research and Tecnology, 8 (5), 4477-4488, 2019