Şeker pancarı posasından aktif karbon üretimi ve gümüş bazlı biyokompozit polilaktik asit filmlerde uygulanması
Production of activated carbon from sugar beet pulp and its application in silver based biocomposite polylactic acid films
- Tez No: 898328
- Danışmanlar: PROF. DR. DİLEK ANGIN YILMAZ, PROF. DR. ZEHRA AYHAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Gıda Mühendisliği, Kimya Mühendisliği, Food Engineering, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Bu tez çalışmasında, şeker endüstrisi katı atığı olan şeker pancarı (Beta vulgaris L.) posasından kimyasal aktivasyon ile aktif karbon üretilmiştir. Elde edilen aktif karbona antimikrobiyal özellikler kazandırmak amacıyla gümüş iyonları eklenmiştir. Sonrasında, aktif karbon-gümüş kompozit yapı, biyobozunur özellikteki polilaktik asit (PLA) filmin içerisine eklenerek, filmin mekanik, bariyer, morfolojik ve antimikrobiyal özelliklerindeki gelişmeler incelenmiştir. Aktif karbonun üretim süreci, yanıt yüzey metodolojisi (RSM) tasarımı olan merkezi bileşik tasarımı (CCD) kullanılarak optimize edilmiştir. Şeker pancarı posasından çinko klorür (ZnCl2) ile kimyasal aktivasyon yoluyla aktif karbon üretilmiştir. Üretim sürecinde karbonizasyon sıcaklığı (500-800 °C) ve ZnCl2 emdirme oranı (1-4) değişken olarak belirlenmiş ve bu değişkenlerin aktif karbon verimliliği (%) ile metilen mavisi giderimi (%MMG) yanıtları üzerindeki etkileri incelenmiştir. Farklı oranlarda ZnCl2 ile emdirilen örneklerin aktivasyonu 500-800 °C'de, 5 °C/dk ısıtma hızında, 200-300 cm³/dk azot gazı akışı altında gerçekleştirilmiş ve son sıcaklıkta 2 saat tutulmuştur. Optimizasyon analizine göre, en yüksek aktif karbon verimi ve metilen mavisi giderimi için ZnCl2 emdirme oranı 1 ve aktivasyon sıcaklığı 500 °C olarak tespit edilmiştir. Belirlenen parametrelerde şeker pancarı posasından elde edilen aktif karbon verimi %20,88±0,822 ve metilen mavisi giderimi ise %86,80±0,213 olarak bulunmuştur. Optimizasyon çalışması sonucunda uygun parametrelere göre elde edilen aktif karbon (AK) elemental (C, H, N, S, O), nem, kül, uçucu madde, sabit karbon, BET, SEM, FTIR, XRD, TG özellikleri açısından analiz edilmiştir. Elemental analiz sonucuna göre, aktivasyon işlemi sonrası karbon içeriği artarken, hidrojen ve oksijen içeriği azalmıştır. Elde edilen aktif karbonda uçucu madde ve kül miktarı azalırken sabit karbon içeriğinin arttığı gözlemlenmiştir. Optimum koşullarda elde edilen aktif karbonun BET yüzey alanı 1045 m²/g ve mikrogözenek hacmi 0,395 m³/g olarak saptanmıştır. Bu şartlarda toplam gözenek hacminin yaklaşık %74'ünün mikrogözeneklerden oluştuğu ve ortalama gözenek çapının 2,04 nm olduğu belirlenmiştir. SEM görüntülerinde, aktif karbonun gözenekli bir yapıya sahip olduğu görülmüştür. FTIR spektrumları, aktivasyon sürecinin şeker pancarı posasının kimyasal bileşimini ve yapısal özelliklerini önemli ölçüde değiştirdiğini göstermiştir. XRD analizine göre, aktif karbonun amorf yapıda olduğu belirlenmiştir. Şeker pancarı posasına ait TG eğrisine göre, termal bozunma üç aşamada gerçekleşmiş ve yaklaşık %93,11 oranında kütle kaybı yaşanmıştır. Aktif karbonun ise sıcaklık değişiminden daha az etkilendiği ve toplamda %29,04 oranında kütle kaybı olduğu görülmüştür. Elde edilen aktif karbona kimyasal indirgeme yöntemiyle gümüş iyonları eklenmiştir. SEM görüntülerinde, aktif karbonun yüzeyinde gümüş parçacıklarının varlığı açıkça görülmüştür. XRD sonuçlarında, aktif karbona gümüş ilave edildiğinde kristal yapının oluştuğu gözlemlenmiştir. Aktif karbon-gümüş (AK-Ag) kompozit yapıya ait TG eğrisinde toplamda %22,98 oranında ağırlık kaybı görülmüştür. Elde edilen AK-Ag kompozitinin, antimikrobiyal etkisi disk difüzyon yöntemi kullanılarak incelenmiş ve E. coli ve S. aureus'a karşı antimikrobiyal etki tespit edilmiştir. Üretilen AK ve AK-Ag örnekleri, farklı oranlarda (%1, 3, 5, 7, 10) PLA filmine dahil edilmiştir. Filmler, çözücü döküm yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. Çözücü olarak kloroform kullanılmış ve %5 (a/a) PLA çözeltisi elde edilmiştir. Bu çözeltiye, %10 oranında polietilen glikol (PEG 400) plastikleştirici eklenmiştir. Ardından, farklı oranlarda AK (PLA/%10PEG/AK) ve AK-Ag (PLA/%10PEG/AK-Ag) partikülleri (
Özet (Çeviri)
In this thesis study, activated carbon was produced from the sugar beet (Beta vulgaris L.) pulp, a solid waste from the sugar industry, through chemical activation. Silver ions were added to the obtained activated carbon to impart antimicrobial properties. Subsequently, the activated carbon-silver composite structure was incorporated into biodegradable polylactic acid (PLA) films, and the improvements in the mechanical, barrier, morphological, and antimicrobial properties of the film were investigated. The production process of activated carbon was optimized using the Central Composite Design (CCD) of Response Surface Methodology (RSM). Activated carbon was produced from sugar beet pulp through chemical activation with zinc chloride (ZnCl2). In the production process, carbonization temperature (500-800 °C) and ZnCl2 impregnation ratio (1-4) were determined as variables, and the effects of these variables on activated carbon yield (%) and methylene blue removal (%MBR) responses were investigated. The activation of samples impregnated with different ratios of ZnCl2 was carried out at 500-800 °C with a heating rate of 5 °C/min, under a nitrogen gas flow of 200-300 cm3/min, and held at the final temperature for 2 hours. According to the optimization analysis, the ZnCl2 impregnation ratio of 1 and the activation temperature of 500 °C were determined to be the best conditions for the highest activated carbon yield and methylene blue removal. Under the determined parameters, the activated carbon yield from sugar beet pulp was found to be 20.88±0.822%, and the methylene blue removal was 86.80±0.213%. As a result of the optimization study, the activated carbon (AC) obtained under suitable parameters was analyzed for its elemental (C, H, N, S, O), moisture, ash, volatile matter, fixed carbon, BET, SEM, FTIR, XRD, and TG properties. According to the elemental analysis, after the activation process, the carbon content increased while the hydrogen and oxygen content decreased. It was observed that the volatile matter and ash content decreased, whereas the fixed carbon content increased in the obtained activated carbon. The BET surface area of the activated carbon obtained under optimum conditions was determined to be 1045 m2/g, and the micropore volume was 0.395 m3/g. Under these conditions, it was determined that approximately 74% of the total pore volume consisted of micropores, with an average pore diameter of 2.04 nm. In SEM images, it was observed that the activated carbon had a porous structure. FTIR spectra showed that the activation process significantly altered the chemical composition and structural properties of the sugar beet pulp. According to the XRD analysis, the activated carbon was determined to be amorphous. Based on the TG curve of sugar beet pulp, thermal degradation occurred in three stages, with a mass loss of approximately 93.11%. The activated carbon was found to be less affected by temperature changes, with a total mass loss of 29.04%. Silver ions were added to the obtained activated carbon through a chemical reduction method. In SEM images, the presence of silver particles on the surface of the activated carbon was clearly observed. XRD results showed that a crystalline structure formed when silver was added to the activated carbon. The TG curve of the activated carbon-silver (AC-Ag) composite structure showed a total weight loss of 22.98%. The antimicrobial effect of the obtained AC-Ag composite was investigated using the disk diffusion method, and antimicrobial activity was detected against E. coli and S. aureus. The produced activated carbon (AC) and AC-Ag samples were incorporated into PLA films at different ratios (1%, 3%, 5%, 7%, 10%). The films were prepared using the solvent casting method. Chloroform was used as the solvent to obtain a 5% (w/w) PLA solution. To this solution, 10% polyethylene glycol (PEG 400) plasticizer was added. Subsequently, different ratios of AC (PLA/10%PEG/AC) and AC-Ag (PLA/10%PEG/AC-Ag) particles (
Benzer Tezler
- Polianilin ve şeker pancarı posasından elde edilen kompozitlerin atık sulardan nikel ve bakırın uzaklaştırılmasında adsorbent olarak kullanılması
Use of composites obtained from polyaniline and sugar beet pulp as an adsorbent to remove nickel and copper from wastewater
KEVSER YİĞİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
KimyaMehmet Akif Ersoy ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SONGÜL ŞEN GÜRSOY
- Yaş şeker pancarı posasının buğday kepeği ile birlikte silolanma olanakları ile silaj kalitesi ve sindirilebilirliğinin belirlenmesi
The possibilities of ensiling of wet sugar beet pulp with wheat bran and the determination of silage quality and digestibility
TANER LEVENDOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Veteriner HekimliğiYüzüncü Yıl ÜniversitesiHayvan Besleme ve Beslenme Hastalıkları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. AKİF KARSLI
- Kuru üzüm posasının ruminant hayvanlar için besin değerinin kuru şeker pancarı posası ile karşılaştırmalı olarak belirlenmesi
Kuru üzüm posasinin ruminant hayvanlar için besin değerinin kuru şeker pancari posasi ile karşilaştirmali olarak belirlenmesi
YASİN ÖZMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Veteriner HekimliğiYüzüncü Yıl ÜniversitesiHayvan Besleme ve Beslenme Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. AKİF KARSLI
- Şeker pancarı posasından ultrason destekli pektin eldesinin Taguchi yöntemi ile optimizasyonu
Optimization of the pectin obtaining with pre-treatment ultrasound from sugar beet pulp with using Taguchi method
ARZU SADİ DÖNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Gıda MühendisliğiErciyes ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT DOĞAN
- Ultrasound ön uygulamasının şeker pancarı posasından elde edilen selüloz ve karboksimetil selüloz (CMC)'nin verim ve kalitesi üzerine etkisi
Effect of ultrasound pre-treatment on the yield and quality of cellulose and CMC obtained from sugar beet pulp
FATMA DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Gıda MühendisliğiErciyes ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT DOĞAN