Atık malzemelerden aktif karbon sentezi ve zehirli gazların uzaklaştırılmasındaki performanslarının belirlenmesi
Synthesis of activated carbon from waste materials and determination of their performance in removal of toxic gases
- Tez No: 985006
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HACI MEHMET TAŞDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Granüler aktif karbon, Organik atıklar, Granular activated carbon, Organic wastes
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Doğalgaz tesisleri ve petrol rafinerilerinde fosil yakıtların işlenmesi sonucunda ortaya önemli miktarlarda çevre ve insan sağlığına zararlı zehirli H2S, SO2 gibi gazlar çıkmaktadır. Bu gazların etkin bir şekilde uzaklaştırılması için yüksek yüzey alanına, gözenekli yapıya ve yüzey fonksiyonelliğine sahip adsorbentlerin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu bağlamda, biyokütle kökenli aktif karbonlar düşük maliyetli ve çevre dostu alternatifler olarak öne çıkmakta, özellikle metal yüklemeleri ile gaz tutma performansları önemli ölçüde artırılabilmektedir. Bu çalışmada, H2S ve SO2 gazlarının giderimini sağlamak amacıyla portakal ve limon kabuğu atıklarından fosforik asit (H3PO4) aktivasyonu ile aktif karbon (AC) sentezlenmiştir. Daha sonra aktif karbon destekli kütlece %10 oranında Fe (10Fe@AC) ve Cu (10Cu@AC) içeren adsorbentler emdirme yöntemiyle hazırlanmıştır. Sentezlenen malzemelerin yapısal ve fiziksel özelliklerini incelemek için BET, XRD, SEM-EDS, XPS ve FTIR analizleri gerçekleştirilmiştir. BET analiz sonuçları, sentezlenen aktif karbonun yüksek yüzey alanına (1196 m²/g) sahip, mikro-mezo gözenek yapısında olduğunu ortaya koymuştur. Yükleme sonucunda 10Fe@AC ve 10Cu@AC adsorbentlerinin yüzey alanında azalma görülmüş ve bu değerler sırasıyla 909 ve 996 m²/g olarak belirlenmiştir. XRD sonuçları ise, AC'nin amorf grafitik, 10Fe@AC'nin Fe2P ve 10Cu@AC'nin Cu3P fazlarından oluştuğunu göstermiştir. Adsorbentlerin H2S gazı tutma performansı sabit yataklı reaktörde oda sıcaklığı ile 200 °C arası, SO2 gazı tutma performansı ise oda sıcaklığı ile 500 °C arası sıcaklıklarda test edilmiştir. Sistem akış hızı 100 mL/dakika, gaz konsantrasyonları ise H2S için 10000 ppm ve SO2 için 5000 ppm'dir. Reaksiyon sonrası çıkış gazları FTIR ile analiz edilmiştir. Gerçekleştirilen H2S testlerinde aktif karbon ve demir emdirilmiş aktif karbon adsorbentleri benzer performans sergilerken, sıcaklık artışı ile H2S tutma miktarları az da olsa artış göstermiştir. SO2 testlerinde ise aktif karbon ve bakır emdirilmiş aktif karbon benzer şekilde sıcaklık artışı ile adsorpsiyon kapasitesinde düşüş gösterirken, demir emdirmesi ile sıcaklık artışı ile SO2 adsorpsiyonu artmıştır.
Özet (Çeviri)
Significant amounts of toxic gases such as hydrogen sulfide (H2S) and sulfur dioxide (SO2), which are harmful to both the environment and human health, are released as a result of fossil fuel processing in natural gas plants and oil refineries. The effective removal of these gases requires the development of adsorbents with high surface area, porous structure, and surface functionality. In this context, biomass-derived activated carbons have emerged as low-cost and environmentally friendly alternatives, and their gas capture performance can be significantly enhanced through metal impregnation. In this study, activated carbon (AC) was synthesized from orange and lemon peel wastes via phosphoric acid (H₃PO₄) activation, aiming to remove H2S and SO2 gases. Subsequently, Fe- and Cu-impregnated adsorbents containing 10 wt% metal (denoted as 10Fe@AC and 10Cu@AC) were prepared using the impregnation method. BET, XRD, SEM-EDS, XPS and FTIR analyses were conducted to investigate the structural and physical properties of the synthesized materials. BET analysis revealed that the produced activated carbon possessed a high specific surface area (1196 m²/g) with a micro-mesoporous structure. After metal loading, the surface areas of 10Fe@AC and 10Cu@AC decreased to 909 m²/g and 996 m²/g, respectively. XRD results indicated that the AC exhibited an amorphous graphitic structure, while 10Fe@AC and 10Cu@AC contained Fe2P and Cu3P phases, respectively. The H2S adsorption performance of the adsorbents was tested in a fixed-bed reactor at temperatures ranging from room temperature to 200 °C and room temperature to 500 °C for SO2. The system flow rate was set at 100 mL/min, with gas concentrations of 10,000 ppm for H2S and 5,000 ppm for SO2. The outlet gases after the reaction were analyzed using FTIR spectroscopy. In the H2S adsorption experiments, both unmodified AC and Fe-impregnated AC exhibited similar performances, with a slight increase in adsorption capacity observed at elevated temperatures. In SO2 experiments, AC and Cu-impregnated AC showed a decrease in adsorption capacity with increasing temperature, whereas Fe impregnation led to improved SO2 adsorption at higher temperatures.
Benzer Tezler
- Recycling and reuse of metals with deep eutectic solvents: A green and circular approach for the resynthesis of NMC cathodes from li-ion battery nmc cathode materials
Derin ötektik çözücüler ile metallerin geri dönüşümü ve yeniden kullanımı: li-iyon pil NMC katotlarından yeşil ve döngüsel bir yaklaşımla yeniden NMC katot sentezi
GİZEM BURCU BİLGİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLLUR DENİZ KARAHAN
- Preparation and characterization of paraffin and polyethylene glycol based phase change materials for white good applications
Beyaz eşya uygulamaları için parafin ve poliethilen glikol bazlı faz değiştiren malzemelerin hazırlanması ve karakterizasyonu
NİLÜFER ERTUNÇAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER
DR. YUSUF YUSUFOĞLU
- Lityum iyon bataryalar için bor katkılı yüksek voltaj spinel lityum nikel manganez oksit katot aktif malzeme sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of boron-doped high-voltage spinel lithium nickel manganese oxide cathode active material for lithium-ion batteries
YUNUS EMRE GÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLLUR DENİZ KARAHAN
- Polimer kaplı manyetik nanopartikül sentezi ve ikropartiküllerin atık suların giderilmesinde kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the usability of polymer coated magnetic nanoparticular synthesis and removal of microparticules from waste water
HÜSEYN OSMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Çevre MühendisliğiMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiÇevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET UĞURLU
- Aktif karbon destekli kataliz sistemlerinin sentezi ve atıksu arıtımında kullanılarak sonokatalitik performanslarının araştırılması
Synthesis of activated carbon supported catalysis systems and research for sonocatalytic performance on wastewater treatment
MURAT KÖLEOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
KimyaMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET UĞURLU