Aktif Karbon Üretimi

Makinamıdan elde edilen biyokömür aktif karbona çevrilerek hem ticari değeri hem de kullanım alanı
artırılabilir.

Bu konudaki çalışmalarımız devam etmektedir.

Biyokömür (biochar), zaten piroliz veya düşük oksijenli gazlaştırma ile elde edilmiş karbonca zengin bir malzemedir. Aktif karbon üretimi, bu biyokömürün yüzey alanını ve gözenekliliğini muazzam ölçüde artırmak için yapılan ek bir aktivasyon işlemidir.

Aktif karbonu, sünger gibi davranan, ancak mikroskobik düzeyde çok daha fazla iç yüzeye sahip bir malzeme olarak düşünebilirsiniz. Bu yüksek yüzey alanı, çeşitli maddeleri (kirleticiler, renkler, kokular vb.) adsorbe etmesini (yüzeyinde tutmasını) sağlar.

Biyokömürden aktif karbon üretimi genellikle iki ana yöntemle yapılır:

1. Fiziksel Aktivasyon (Termal Aktivasyon):

Bu yöntem, aktivasyon için yüksek sıcaklık ve oksitleyici bir gaz (genellikle buhar veya karbondioksit) kullanır.

• Adım 1: Biyokömür Hazırlığı: Üretilmiş biyokömür alınır. Gerekirse öğütülerek veya belirli bir boyuta getirilerek aktivasyon reaktörüne uygun hale getirilir. Nem içeriği düşük olmalıdır.

• Adım 2: Aktivasyon: Biyokömür, inert bir atmosfer altında (genellikle Azot - N₂) yüksek sıcaklıklara (tipik olarak 700°C - 1100°C) ısıtılır. İstenen sıcaklığa ulaşıldığında, sisteme kontrollü bir şekilde aktive edici gaz (genellikle su buharı (H₂O) veya karbondioksit (CO₂) veya ikisinin karışımı) verilir.

• Adım 3: Reaksiyon (Gözenek Oluşumu): Yüksek sıcaklıkta, aktive edici gaz biyokömürdeki karbon atomlarıyla reaksiyona girer. Bu reaksiyonlar, karbon atomlarının bir kısmını gazlaştırarak (uzaklaştırarak) malzemenin içinde mikroskobik boşluklar ve kanallar (gözenekler) oluşturur:

  • Buhar ile: C (katı) + H₂O (gaz) → CO (gaz) + H₂ (gaz)

  • Karbondioksit ile: C (katı) + CO₂ (gaz) → 2CO (gaz)

• Adım 4: Kontrol: Aktivasyon süresi, sıcaklık ve aktive edici gazın akış hızı, oluşan gözenek yapısını (boyut dağılımı) ve yüzey alanını doğrudan etkiler. Aşırı aktivasyon (aşırı "yanma"), malzemenin mekanik mukavemetini düşürebilir. Proses, istenen yüzey alanı ve gözeneklilik özelliklerine ulaşılana kadar devam eder.

• Adım 5: Soğutma ve Yıkama: Aktive edilmiş karbon, inert bir atmosferde soğutulur. Ardından, aktivasyon sırasında oluşan veya biyokömürde bulunan inorganik külleri uzaklaştırmak için yıkanabilir (genellikle su veya seyreltik asitlerle).

• Adım 6: Kurutma ve Sınıflandırma: Yıkanan aktif karbon kurutulur ve istenen uygulama için uygun partikül boyutuna (toz, granül, pelet) getirilir.

Avantajları: Daha basit proses, daha az kimyasal kullanımı ve atığı.
Dezavantajları: Daha yüksek enerji gereksinimi (yüksek sıcaklıklar), genellikle kimyasal aktivasyona göre daha düşük verim ve yüzey alanı elde edilebilir.

2. Kimyasal Aktivasyon:

Bu yöntemde, biyokömür önce bir kimyasal madde ile emprenye edilir (doyurulur) ve ardından daha düşük sıcaklıklarda ısıtılır.

• Adım 1: Biyokömür Hazırlığı: Biyokömür yine uygun boyuta getirilir.

• Adım 2: Emprenye Etme: Biyokömür, güçlü bir dehidrasyon (su çekici) ve oksitleyici kimyasal madde çözeltisi ile karıştırılır. Yaygın olarak kullanılan kimyasallar şunlardır:

  • Fosforik Asit (H₃PO₄)

  • Çinko Klorür (ZnCl₂) - (Çevresel kaygılar nedeniyle kullanımı azalmaktadır)

  • Potasyum Hidroksit (KOH)

  • Sodyum Hidroksit (NaOH)

  • Potasyum Karbonat (K₂CO₃)
    Biyokömür bu çözelti içinde belirli bir süre bekletilerek kimyasalın yapıya nüfuz etmesi sağlanır. Karışım oranı (biyokömür/kimyasal) kritiktir.

• Adım 3: Isıl İşlem (Karbonizasyon/Aktivasyon): Emprenye edilmiş biyokömür karışımı, inert bir atmosferde (N₂ gibi) ısıtılır. Sıcaklık genellikle fiziksel aktivasyondan daha düşüktür (tipik olarak 400°C - 700°C). Isıtma sırasında kimyasal madde:

  • Biyokömür yapısındaki selülozik materyali dehidre eder ve parçalar.

  • Karbon iskeletinin oluşumunu teşvik ederken, katran gibi gözenek tıkayıcı yan ürünlerin oluşumunu engeller.

  • Karbon matrisini "şişirerek" veya reaksiyona girerek gözenek yapısını oluşturur. Kimyasal madde, gözeneklerin oluşacağı bir şablon görevi görür. Özellikle KOH gibi alkaliler yüksek sıcaklıklarda karbonu dağlayarak (etching) mikrogözenekler oluşturur.

• Adım 4: Yıkama (Çok Önemli): Isıl işlemden sonra, üründe kalan kimyasal aktivasyon maddesinin tamamen uzaklaştırılması gerekir. Bu, genellikle sıcak su ile defalarca yıkama ve bazen pH ayarlaması ile yapılır. Bu adım, prosesin en kritik ve en fazla atık su üreten kısmıdır. Kimyasalın geri kazanılması da hedeflenebilir.

• Adım 5: Kurutma ve Sınıflandırma: Yıkanmış aktif karbon kurutulur ve istenen boyuta getirilir.

Avantajları: Daha düşük aktivasyon sıcaklığı, genellikle daha yüksek yüzey alanı ve verim, belirli gözenek boyutlarını hedefleme potansiyeli.
Dezavantajları: Korozif ve potansiyel olarak tehlikeli kimyasalların kullanılması, kapsamlı yıkama gerekliliği (büyük miktarda atık su), daha karmaşık proses, kimyasal geri kazanım ihtiyacı.