Karadeniz bölgesinde yetişen mısırların (Zea mays L.) koçanından aktif karbon üretimi, karakterizasyonu ve atık sulardan çeşitli kirleticilerin uzaklaştırılmasında kullanımının incelenmesi

Abstract

Dünyada birçok gıda ve tarım işletmelerinde üretimden sonra bol miktarda atık yan ürün ortaya çıkmaktadır. Gelişmiş ülkelerde bu atıkların birçoğu geri dönüşüm prosesleriyle ekonomiye geri kazandırılırken Türkiye'de henüz bu çalışmalar endüstriyel boyuta ulaşamamıştır. Bu çalışmada, tarımsal faaliyetler sonucunda atık bir yan ürün olarak ortaya çıkan mısır (Zea mays L.) koçanlarından kimyasal aktivasyonla dört farklı aktif karbon üretilmiş, çeşitli analitik parametrelerle karakterize edildikten sonra sulu çözeltiden adsorpsiyon performansı bazı kirletici türler üzerinde test edilmiştir. Mısır koçanlarından aktif karbon üreterek bu tür tarımsal atıkların yeniden ekonomiye geri kazandırılmasını planlamak, alternatif bir biyoteknolojik atık değerlendirme prosesi olarak düşünülebilir. K2CO3 aktivasyonu ile mikro gözenek yapılı (AK-PK), H3BO3 aktivasyonu ile mikro-mezogözenek yapılı (AK-BA), H3PO4 aktivasyonu ile mezogözenek yapılı (AK-FA) ve H2SO4 aktivasyonu ile gelişmiş yüzey yapılı (AK-SA) dört farklı karakterde aktif karbon elde edildi. Karakterizasyon analizlerinden uçucu madde miktarı, sabit karbon miktarı, nem miktarı, kül miktarı tayini, pH–pHpzc ve yüzey asidik fonksiyonel grupların tayini (Boehm titrasyonu) elementel analiz (C, H, N, S ve O tayinleri), iyot ve metilen mavisi sayılarının tayini, BET yüzey alanı, SEM analizleri, mikro-mezogözenek alanları, gözenek hacim ve dağılımları, FT-IR analizleri gibi analizler gerçekleştirildi. 959.8 m2/g ile en yüksek BET yüzey alanına AK-FA'nın sahip olduğu belirlendi. AK-PK'nın BET yüzey alanı 671.7 m2/g ve AK-BA'nın ise 598.6 m2/g olduğu belirlenmiştir. Aktif karbonların sulu çözeltiden adsorpsiyon performansları için inorganik kirleticiler olarak Cu, Pb, Cd ve Cr metalleri, organik kirleticiler olarak metilen mavisi, Remazol Brillant Blue, Rhodamine 6G, Phenol Red ve Indigo Carmine boyar maddeleri ile fenol seçilmiştir. Sulu çözeltiden boyar madde adsorpsiyon sonuçlarına göre en yüksek kapasiteye AK-FA'nın ve metal iyonlarının adsorpsiyon sonuçlarına göre ise en yüksek kapasiteye AK-SA'nın sahip olduğu belirlendi. Fenol adsorpsiyon kapasitesi en yüksek aktif karbonun ise 205.2 mg/g ile AK-PK olduğu bulundu. Elde edilen adsorpsiyon testlerinden aktif karbonların sulu çözeltiden kirletici türleri yüksek performansla uzaklaştırdığı tespit edildi. Bu çalışma sayesinde, ekonomik değeri olmayan mısır koçanlarından aktif karbon üreterek onların ekonomik bir değer kazanması sağlanmış ve ilaveten atıkların çevre kirliliğine yol açma ihtimalleri de ortadan kaldırılmıştır.

Tons of waste by-products arise during the production process in many food and agriculture industries around the world. While these wastes can be recycled into the economy through recycling processes in developed countries, these studies have not yet reached an industrial scale in Turkey. In this study, four different activated carbons were produced by chemical activation from corn (Zea mays L.) cobs, which arise as a waste by-product as a result of agricultural activities, and their adsorption performance from aqueous solution was tested on some pollutant species. Planning the recycling of agricultural wastes to the economy by producing activated carbon from corn cobs can be considered as an alternative biotechnological waste utilization process. Four different activated carbons were obtained with micropore structure by K2CO3 (AK-PK) activation, micro-mesopore structure by H3BO3 (AK-BA) activation, mesopore structure by H3PO4 (AK-FA) activation, and improved surface structure by H2SO4 (AK-SA) activation. Characterization analysis includes volatile matter content, fixed carbon content, moisture content, ash content determination, pH-pHpzc and determination of surface acidic functional groups (Boehm titration), elemental analysis (C, H, N, S and O determinations), iodine and methylene blue numbers analysis, BET surface area, SEM images, micro-mesopore areas, pore volume and distributions, FT-IR analysis were performed. It has been determined that AK-FA has the highest BET surface area with 959.8 m2/g, AK-PK is 671.7 m2/g and AK-BA is 598.6 m2/g. For the adsorption performance of activated carbons from aqueous solution, Cu, Pb, Cd, and Cr metals were selected as inorganic contaminants, methylene blue, remazol brilliant blue, rhodamine 6G, phenol red, and indigo carmine dyestuffs, and phenol as organic pollutants. According to the dyestuff adsorption results from aqueous solution, it was determined that AK-FA had the highest capacity and according to the adsorption results of metal ions, AK-SA had the highest capacity. The activated carbon with the highest phenol adsorption capacity was found to be AK-PK with 205,2 mg/g. From the adsorption tests obtained, it was determined that the activated carbons removed pollutants from the aqueous solution with high performance. Thanks to this study, by producing activated carbon from corn cobs that do not have economic value, they gained an economic value and in addition, the possibility of waste causing environmental pollution was eliminated.