Hidrotermal Yöntem Kullanılarak Karbon Nano-Parçacıkların Sentezi ve Karakterizasyonu

Abstract

Yapılan bu projede, yenilenebilir bir kaynak olan atık biyokütleden karbonizasyon ve hidrotermal karbonizasyon hibrit yöntemi kullanılarak karbon nano-parçacıkların sentezlenmesi hedeflenmiştir. Literatürde karbon nano-parçacık üretiminde hammadde olarak mali değeri yüksek olan kimyasal girdi, yöntem olarak ise sonifikasyon ya da yüksek sıcaklık ve yüksek basınç gerektiren reaktörler kullanılmıştır. Proje kapsamında tercih edilen yöntem ise, geleneksel yöntemlerden daha ekonomik, kolay ve güvenli olması sebebiyle tercih edilmiştir. Ayrıca, hammadde olarak mobilya sektörü atığı olan çam ağacı talaşı ve meşe ağacı talaşı kullanılarak atık yönetimine de katkıda bulunulmuştur. Temin edilen hammaddeler öncelikle karbonizasyon işlemine tabi tutulmuş ve biyo-char elde edilmiştir. Ardından öğütme ile boyutu küçültülen biyo-char örnekleri oda şartlarında asit ortamında hidrotermal yöntem ile bozundurulmuştur. Literatürde kullanılan hidrotermal yöntemlerde yüksek basınç ve sıcaklık kullanıldığından, güvenlik ve yüksek maliyet açısından dezavantajlıdır. Projede kullanılacak bu yöntem oda koşullarında kendiliğinden kontrollü olarak gerçekleştirildiği için bu dezavantajların ortadan kalkması da hedeflenmektedir. Hibrit yöntem kullanılarak elde edilmesi amaçlanan karbon nano-parçacıkların boyutları Zetasizer ile ölçülmüştür. Optimum koşulları M-550 ve HNO3:H2SO4 oranı 40:20 olarak belirlenen karbon nano-parçacık üretimi ile elde edilen katı ürün FT-IR ve SEM analizleri ile karakterize edilmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar rapor kapsamında detaylı bir şekilde tartışılmıştır. Sentezlenen karbon nano-parçacıkların uygulama alanları, su ve toprak temizliğinde birincil malzeme olarak çok işlevli adsorban, biyolojik uygulamalarda taşıyıcı ve görüntüleyici ajan olarak sıralanabilir. Bu uygulama alanları gelecekteki projelere fikir verebilir ve yeni araştırma konusu olarak araştırmacıların tercih edeceği bir konu olabilir.In this project, it is aimed to synthesize carbon nano-particles from waste biomass, which is a renewable resource, using the hybrid method of carbonization and hydrothermal carbonization. In the literature, chemical reactive with over costing value has been used as raw material in the production of carbon nano-particles, and sonification method or reactors that require high temperature and high pressure have been used. The used method within the scope of the project was chosen because it is more economical, easier and safer than traditional methods. In addition, pine wood sawdust and oak wood sawdust, which are furniture industry waste, were used as raw materials to contribute to waste management. The raw materials were first subjected to carbonization process and bio-char was obtained. Then, the bio-char samples, which were reduced in size by grinding, were decomposed by hydrothermal method in acid environment at room conditions. Hydrothermal methods used in the literature have disadvantageous in terms of safety and high cost. Since this method to be used in the project is carried out in room conditions in a self-controlled manner, it is also aimed to eliminate these disadvantages. The particle size of the carbon nanoparticles was measured with Zetasizer. The solid product obtained by carbon nano-particle production, whose optimum conditions were determined as M-550 ve HNO3:H2SO4 v/v 40:20, was characterized by FT-IR and SEM analysis. The results obtained from the experimental studies are discussed in detail within the scope of the report. Application areas of synthesized carbon nanoparticles can be listed as a primary material in water and soil cleaning, as a multifunctional adsorbent, as a carrier and imaging agent in biological applications. These application areas can give an idea to future projects and may be a preferred topic by researchers as a new research topic.