Fabrika çay atıklarından aktif karbon üretimi, karakterizasyonu ve adsorpsiyon özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Aktif karbon, gaz ve çözelti fazından yüksek performansta adsorpsiyon yeteneğine sahip, yüksek yüzey alanlı ve gözenek yapılı eşsiz bir adsorbandır. Günümüzde çeşitli kirletici türlerin giderilmesinde en fazla kullanılan adsorban olma özelliği bakımından aktif karbon, karbon içeriği yüksek pek çok materyalden üretilebilir. Ticari aktif karbonların yüksek maliyetinden dolayı özellikle lignoselülozik içerikli tarımsal atık ürünlerden çok düşük maliyetli aktif karbon üretimine yönelik çalışmalar gün geçtikçe artmaktadır. Bu atıklardan biri de fabrika çay atıklarıdır. Siyah çay endüstrisi atığı olan çay atıkları, Türkiye'de tarlalarda gübre kullanımı dışında her hangi bir endüstriyel alanda değerlendirilmemektedir. Bu nedenle her yıl ortaya çıkan tonlarca çay atığının aktif karbon üretiminde kullanılması, atıkların değerlendirilip tekrar ekonomiye kazandırılması açısından son derece önemli bir araştırma konusudur.Bu çalışmada fabrika çay atıklarından H2SO4, ZnCl2 ve KOH kimyasal aktivasyonuyla üç farklı tipte aktif karbon üretildi. Üretilen aktif karbonlar karakterize edildikten sonra sulu çözeltiden çeşitli organik ve inorganik kökenli kirleticileri (Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Pb(II), fenol ve metilen mavisi) sulu çözeltiden adsorpsiyonla uzaklaştırma yetenekleri test edildi. Karakterizasyonda yüzey alanları, gözenek boyutu dağılımları ve hacimleri, elementel analiz, uçucu bileşenler ve nem tayinleri, FT-IR analizleri, SEM analizleri, pH ve pHpzc analizleri, yüzey asidik fonksiyonel grupların tayini ve termogravimetrik analiz gibi çeşitli analitik işlemler uygulandı. Sulu çözeltiden aktif karbon üzerinde adsorpsiyon testleri olarak denge, kinetik ve termodinamik açıdan çeşitli optimizasyon parametreleri incelendi. Elde edilen aktif karbonların sulardan organik ve inorganik kökenli kirleticilerin uzaklaştırılmasında kullanılabileceği ortaya konmuştur Activated carbon, which have a high adsorption ability from gaseous and solution phases, is a unique adsorbent with high surface area and porous structure. Today activated carbon is the most preferable adsorbent for elimination of various pollutants and can be produced from many materials with high carbon content. Since commercial activated carbons have high costs, nowadays the studies aimed at producing of low cost activated carbons from agricultural waste materials with especially lignocellulose content, is gradually increasing. Among these waste materials are tea-industry wastes. Tea waste, which is a waste product of black tea-industry, has not been used in any industrial field in Turkey except as fertilizer in agricultural applications. For this reason, use of tons of tea wastes arising every year from tea-industries for the production of activated carbon is a highly important research area in the field returning wastes to economy.In this study, three different kinds of activated carbon were produced from tea-industry waste obtained from Of/Trabzon-Turkey by chemical activation using H2SO4, ZnCl2 and KOH chemicals. The removal abilities of activated carbons for the organic and inorganic pollutants Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Pb(II), phenol, and methylene blue by adsorption from aqueous solutions were tested after their characterizations. In characterization study, some analytical procedures including determination of surface area, pore size distribution and pore volume, proximate and ultimate analyses, FT-IR, SEM and termogravimetric analyses, and determinations of pH, pHpzc and surface acidic functional groups were performed. Some optimization parameters have been investigated in terms of equilibrium, kinetics and thermodinamics based on adsorption tests from aqueous solutions. The results revealed that the activated carbons produced in this study can be used in removal of organic and inorganic pollutants from aqueous solutions.