An experimental study on CO2 and butane adsorption on activated carbon
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Boğaziçi Üniversitesi, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2009
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: GÖRKEM OĞUR
Danışman: AHMET ERHAN AKSOYLU
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Mevcut çalışmanın amacı, aktif karbon (AK) numunelerinin, yapısal ve yüzey kimyası özelliklerinin, AK örneklerinin CO2 ve bütan adsorpsiyon kapasitesi ve davranışına olan etkisinin incelenmesidir. Çalışmanın birinci bölümünde, daha önce B. S. Çağlayan tarafından hazırlanmış numunelerin, seçici CO2 adsorpsiyon davranışı üzerinde, oksidasyon metotları ve yüzey kimyasının, Na2CO3 emdirilmesinin ve kalsinasyon sıcaklığının etkileri belirlenmiştir. Adsorpsiyon deneyleri, ağırlık ölçümüne dayalı analizör ile yapılmış ve gaz kompozisyonu kütle spektrometresi cihazıyla analiz edilmiştir. Emdirilmemiş numunelerin oksijen tutan yüzey gurupları sıcaklık programlamasıyla salınım (SPS) metoduyla belirlenmiştir. Sonuçlar; hava oksidasyonun, anhidrit ve karboni/kuinon miktarını arttırdığı fakat lakton ve karboksil miktarını azalttığını ortaya çıkarmıştır. Toplam yüzey alanı ve CO2 adsorpsiyon kapasitesi hava oksidasyonuyla yükselmiştir. HNO3 oksidasyonunun yüzey grupları üzerinde güçlü bir etkisi vardır. HNO3 uygulamasıyla karboksilik bölgelerin artması ve BET yüzey alanının düşmesi, CO2 adsorpsiyon kapasitesinde düşmeye sebep olmuştur. Fakat sonuçlar HNO3 uygulamasının, Na2CO3'ün yüzeyde yayılmasını, hava oksidasyonundan daha fazla arttırdığını ortaya çıkarmıştır. Bu artış da karboksilik yüzey gruplarının artışına bağlanmıştır. Na2CO3 emdirilmesinin, hem tersinir hem de tersinmez CO2 adsorpsiyonunu arttırdığı ortaya çıkmıştır. Öte yandan, 250 °C ye kadar, kalsinasyon sıcaklığının adsorpsiyon gidişatına etkisi olmamıştır, fakat 300 °C'de kalsine edilmiş numune, diğer kalsine edilmiş numunelere göre, daha üstün adsorpsiyon kapasitesi göstermiştir. Tüm numuneler seçici adsorpsiyon davranışı göstermiş; buna karşın Na2CO3 emdirilmiş numuneler ilk temasta belli bir ölçüde H2 ve CO'yu tersinmez şekilde adsorbe etmiştir.Çalışmanın ikinci bölümünde, Ford Otosan A. Ş. Tarafından temin edilen ticari aktif karbon numunelerinin (AC10, AC11 ve AC12), fiziksel ve kimyasal yüzey özellikleriyle adsorpsiyon kapasiteleri ve adsorpsiyon davranışları arasındaki ilişki araştırılmıştır. Ağırlık ölçümüne dayalı analizör ile 40 °C, 70 °C ve 100 °C'de, durgun şartlarda, sabit sıcaklık eğrileri elde edilmiştir. Numunelerin oksijen tutan yüzey grupları ve toplam yüzey alanı, sırasıyla BET ve SPS ile belirlenmiştir. AC10, AC11 ve AC12 numunelerinin bütan adsorpsiyon kapasiteleri 1 bar ve 40 °C'de sırasıyla, ağırlıkça %28.29, %29.56 ve %49.67 olarak belirlenmiştir. Sonuçlar yüzey alanıyla adsorpsiyon kapasitesi arasında güçlü bir bağlantı olduğunu ortaya çıkarmıştır. Bununla birlikte, adsorpsiyon kapasitesinde; lakton, fenol ve karbonil/kuinon gruplarının önemli bir etkileri olmadığı, fakat karboksil ve anhidrit yüzey gruplarının sınırlı bir şekilde olumlu etkileri olabileceği görülmüştür. Langmuir sabit sıcaklık eğrisi adsorpsiyon verilerine oturtulduğunda yüksek korelasyon elde edilmesi, bütan adsopsiyonunun Langmuir sabit sıcaklık eğrisi ile temsil edilebileceğini göstermiştir. Elde edilen Langmuir sabitleriyle, Clasius Clapeyron denkleminin modifiye hali kullanılarak, AC10, AC11 ve AC12 numunelerinin adsorpsiyon enerjisi, sırasıyla -13.2 kj/mol, -12.6 kj/mol ve -16.5 kj/mol olarak hesaplanmıştır.