Foodelphi.com Science of Food Engineering TİCARİ AKTİF KARBON ÜRETİMİ VE ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ (PRODUCTION OF THE COMMERICAL ACTIVATED CARBON AND DETERMINATION OF THE PROPERTIES)
ENVER YASER KÜÇÜKGÜL
ÖZET/ABSTRACT
Aktif karbon, özellikle bitkisel orijinli karbonlu yapıların önce karbonizasyon ardından da aktivasyon süreci ile elde edilir. Karbonizasyon karbonlu maddelerin havasız ortamda pirolizlenmesi ile uygulanır. Aktivasyon sürecinde ise aktif karbona, geniş yüzey alanı ve yüksek gözenekli yapı kazandırılması için termal işlemin yanı sıra kimyasal maddeler de kullanılabilir. Genellikle elektrik enerjisi ile birlikte kullanılan maddelerin istenilen aktif karbon türüne göre seçilmesi gerekmektedir. Ülkemizde su-atıksu ve gaz arıtım çalışmalarının yanı sıra çok çeşitli sektörlerde aktif karbon kullanılmaktadır. Ancak ülkemizde ticari olarak üretilmeyen ve ithal edilen bu maddenin büyük döviz kaybına yol açmasının yanı sıra, günümüzde savunma sanayi için oldukça uygun kullanım alanlarına sahip olmasından dolayı ülkemizin geleceği açısından stratejik olarak ayrı bir önem göstermektedir. Bu ve benzeri nedenlerle aktif karbonun yerli teknoloji ile üretimi gerekmektedir. Dünyada on civarında ülkede aktif karbon üretimi yapılmaktadır. Buralarda pek çok türde üretilen aktif karbonun patenti sınırlı sayıda şirketler eliyle yürütülmektedir. Ürünün patentinin alınması için Türk Patent Enstitüsüne gerekli müracaatlar yapılmış ve inceleme aşaması başlatılmıştır. Üretilen aktif karbonun adsorplama kapasitesi ile fizikokimyasal özelliklerinin belirlenmesi kapsamında yapılan çalışmalar aşağıda sunulmaktadır.
Activated carbon is obtained by the process of carbonization followed by activation of the initially carbonaceous material which is usually of vegetable origin. The product of the carbonization process, i.e. of pyrolysis of the carbon-containing material, conducted in the absence of air and any chemicals, is a material virtually inactive as regards adsorption, with a specific surface area of several m2 g –1. Activation is necessary to convert this product into an adsorbent of high porosity with a srongly developed surface area. Both these processes, carbonization and activation, are the object of continued research since they are very important from the practical point of view for the demand for active carbons of different properties is even increasing. In this paper, the production of active carbon is considered and its pore structure and chemical constitution of its surface are discussed. The methods of testing this first commercial activated carbon product of our country are described and its physical-chemical characteristics are discussed.
ANAHTAR KELİMELER/KEYWORDS
Aktif karbon, Adsorpsiyon, BET özgül yüzey alanı
Activated carbon, Adsorption, BET specific surface area
1. GİRİŞ
Aktif karbon çeşitli endüstrilerde farklı amaçlar için kullanılmaktadır. Gazların saflaştırma ve arıtımında, karışımların ayrımında, gıda sanayisinde saflaştırma işlemlerinde, su ve atıksu arıtımında, metal sanayisinde karbon katkısı, savunma sanayisinde koruyucu giysi yapımında, silah sanayisinde patlayıcı ve elektronik sistemleri susturmak için bomba yapımında ve sağlık
sektöründe olmak üzere çok geniş bir alanda aktif karbon kullanılmaktadır. Özetle günlük yaşamda çeşitli amaçlarla kullandığımız aktif karbon vazgeçilemez bir maddedir (Stoeckli ve Kraehenbuehl, 1984). Ülkemizde ithal edilmek suretiyle kullanılmakta olmasına karşın gümrük kayıtlarına aktif karbon adıyla bir belgeleme yoktur. Bu nedenle yıllık kullanım miktarı için resmi bir rakam telaffuz etmek güçtür. Bu madde çeşitli adlar altında kimyasal veya reaktif madde statüsünde ülkeye giriş yapmaktadır. Bilinen en iyi adsorbanlardan biri olmasının yanı sıra günümüzde askeri amaçla kullanımı oldukça artmıştır. Stratejik önem kazanan aktif karbonun yerli teknoloji ile üretimi kaçınılmazdır. Bu çalışma kapsamında, bu alanda ülkemizde ilk kez üretimi yapılan ticari aktif karbonun adsorban özellikleri ile fiziko- kimyasal özelliklerinin belirlenmesi için yapılan deneysel çalışmalar aşağıda sunulmaktadır.
2. AKTİF KARBON
Aktif karbon, karbon içeren maddelerden yapılabilir. Bileşim olarak % 87-97 oranlarında karbon içermekte olup geri kalan oranlarda ise hidrojen, oksijen, kükürt ve azot içerebilir. Öte yandan kullanılan hammaddeye ve proseste katılan diğer kimyasal maddelerin içeriğine bağlı olarak daha farklı elementleri de içerebilmektedir (Thcoboglanous, 1991). Aktif karbon bünyesinde 5 ile 20 oranında yararsız maddelerde bulunabilir, ancak kullanım öncesi bu tür maddelerin uzaklaştırılması gerekir. Bu işleme kül içeriğinin düşürülmesi denilmektedir ve adsorban olarak kullanımında kül içeriğinin % 0.1-0.2 oranına getirilmesi gerekmektedir
(Choma ve Jaroniec, 1987). Aktif karbon sıvı veya gaz fazında çeşitli maddelerin adsorpsiyonu için kullanılmaktadır. İç yüzeyinde çok çeşitli molekülleri adsorplayabilmektedir (Jaroniec ve Choma, 1986). İdeal yapıdaki bir aktif karbonda gözenekler 0.2-1.0 cm3 g –1 civarındadır. Yüzey alanı ise 400-1000 m2 g –1 aralığında olmakla birlikte özel amaçlı üretimlerde bu değer aşılabilmektedir (Morgan ve Fink, 1997). Gözenek boyutları ise 0.3 ile binlerce nanometre aralığında değişiklik göstermektedir.
Aktif karbonun adsorban özelliği ilk çağdan beri bilinmektedir. Hippocrates kötü kokuların odun kömürü tozu kullanılarak giderilebileceğini önermiştir. Endüstriyel amaçlı aktif karbon kullanımı 18.yy sonlarında İsveçli Kimyager Karl Wilhelm Scheele tarafından gazların odun kömürü kullanılarak adsorbe edilmesi ile başlatılmıştır. On beş yıl sonra ise Rus akademisyen Lovits’in organik madde içeren tartarik asit çözeltisinin renginin gidermek için odun kömürü kullandığını görmekteyiz (Stoeckli ve Kraehenbuehl, 1984). Sanayi uygulaması 1794 yılında İngiltere’de şeker sanayisinde renk giderici olarak kullanılması ile başlamıştır (Kadlec, 1979). Aktif karbon; renk, tat, koku giderici olduğu gibi organik ve organik olmayan kirliliklerin giderilmesinde de önemli bir maddedir. Her katı potansiyel adsorbandır (Jaroniec ve Choma, 1986). Fakat aktif karbon, mevcut adsorbanların içinde en ilginç olanıdır (Morgan ve Fink, 1997). Aktif karbonun yüzey yapısı çok uzun zamandan beri yoğun ilgi görmüş bir konu olmuş, yapısı hakkında detaylı bilgiler edinilmiş, yüzey fonksiyonel grupların karakterizasyonu için IRS (Internal Reflectance Spectroscopy) tekniğini kullanarak farklı aktivasyon koşulları altında aktif karbon üzerinde oluşan fonksiyonel grupların karakterizasyonu hakkında detaylı incelemelerde bulunmuştur.
…