Biyoatık destekli biyokömür üretimi, mikrodalga ısıtmayla heteroatom katkılama ve ağır metal giderimi

Abstract

Bu tez çalışmasında, hammadde olarak nar kabukları kullanılarak çevre dostu ve sürdürülebilir bir yaklaşımla biyokömür üretimi gerçekleştirilmiştir. Nar kabukları, klasik fırın yöntemiyle piroliz edilerek biyokömür elde edilmiştir. Elde edilen biyokömürün yüzey özelliklerini ve adsorpsiyon kapasitesini artırmak amacıyla heteroatom katkılama işlemlerine tabi tutulmuştur. Bu kapsamda; NH3 ve HNO3 kullanılarak azot (N), H2SO4 ile kükürt (S), H3PO4 ile fosfor (P) ve H2O2 ile oksijen (O) katkılamaları gerçekleştirilmiştir. Her bir doping işlemi, farklı molar oranlarda (1:1, 1:2, 1:3, 1:4) uygulanarak en uygun katkılama oranı belirlenmiştir. Mikrodalga fırınında katkılanan heteroatomların stabilitesini sağlamak adına farklı güç seviyelerinde (250 W, 500 W, 750 W ve 1000 W) ve farklı süreler (5, 10, 20 ve 40 dakika) uygulanarak optimum üretim koşulları araştırılmıştır. Elde edilen N,O,S ve P katkılı biyokömür örneklerinin ağır metal iyonları olan Cu2+ ve Cd2+ üzerine adsorpsiyon kapasitesi incelenmiştir. Adsorpsiyon çalışmaları kapsamında; başlangıç konsantrasyonu, adsorbent miktarı, sıcaklık ve kinetik parametreler detaylı bir şekilde analiz edilmiştir. Karakterizasyon çalışmaları kapsamında ise üretilen malzemelerin morfolojik, yapısal ve yüzey özelliklerini belirlemek amacıyla SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu), EDS (Enerji Dağılımlı Spektroskopi), XRD (X-ışını Difraksiyonu), BET (Yüzey Alanı Analizi) ve FTIR (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi) analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, nar kabuklarından elde edilen heteroatom katkılı biyokömür, ağır metal giderimi açısından yüksek performansa sahip çevreci bir adsorbent materyal olduğunu ortaya koymuştur.

In this thesis study, environmentally friendly and sustainable biochar was produced using pomegranate peels as a raw material. The pomegranate peels were pyrolyzed using a conventional microwave oven method to obtain biochar. Microwave pyrolysis was conducted at different power levels (250 W, 500 W, 750 W, and 1000 W) and durations (5, 10, 20, and 40 minutes) to investigate the optimal production conditions. The resulting biochar was subjected to heteroatom doping to enhance its surface properties and adsorption capacity. In this context, nitrogen (N) doping was carried out using NH? and HNO?, sulfur (S) with H?SO?, phosphorus (P) with H?PO?, and oxygen (O) with H?O?. Each doping process was applied at different molar ratios (1:1, 1:2, 1:3, 1:4) to determine the optimal doping condition. The adsorption capacity of the produced activated carbon materials for heavy metal ions such as Cu²? and Cd²? was investigated. The adsorption studies included a detailed analysis of initial concentration, adsorbent dosage, temperature, and kinetic parameters. Characterization studies were conducted to determine the morphological, structural, and surface properties of the materials using SEM (Scanning Electron Microscopy), EDS (Energy Dispersive Spectroscopy), XRD (X-ray Diffraction), BET (Surface Area Analysis), and FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy). The results demonstrated that heteroatom-doped biochars derived from pomegranate peels are environmentally friendly adsorbents with high performance in the removal of heavy metals.