Yer fıstığı kabuğundan hazırlanan karbon türevi malzemelerin hidrojen depolama kapasitelerinin belirlenmesi

Abstract

Bu çalışmada lignoselülözik yapıda bir biyokütle atığı olan yer fıstığı kabuğundan karbon oranı yüksek karbon mikro küreler ve karbon türevi malzemeler farklı basınç ve sıcaklıklarda hidrotermal karbonizasyon yöntemiyle hazırlanmıştır. Karbon türevi bu materyallerin karakterizasyonunda; yapı analizi için Fourier dönüşümlü kızıl ötesi spektrometresi (FTIR-ATR), morfoloji için X-ışını kırınım difraktometresi (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM), elementel analiz için SEM-EDX, geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ve termal kararlılıklarının belirlenmesi amacıyla termal gravimetrik (TG) analizör kullanılmıştır. Ayrıca BET yüzey alanı tayin cihazı ise gözenek boyut analizi ve yüzey alanı ölçümleri için kullanılmıştır. Yer fıstığı kabuğunun hidrotermal karbonizasyonu ile reaktörde iki farklı sıcaklıkta (240 ⁰C ve 280 ⁰C) üç farklı ortamda (distile su, HCl, ZnCl2) örnekler hazırlanmıştır. Reaksiyon ortamı, örneklerin morfolojisini (küre, gözenekli yapı, gözenekli olmayan yapı), yüzey alanlarını, gözenek boyutlarını ve dolaylı olarak hidrojen depolama kapasitelerini etkilemiştir. Çalışmada hidrojen depolama kapasitesi yüksek, uzun ömürlü, yüksek katma değerli karbon mikro küreler ve karbon türevi malzemeler, literatürdeki diğer biyokütle bazlı aktif karbonların hidrojen depolama kapasiteleri ile kıyaslanmıştır. En yüksek hidrojen depolama kapasitesini ağırlıkça yaklaşık % 2,10’luk bir oranla 240 ⁰C’de ZnCl2 içeren ortamda 3 saat hidrotermal karbonizasyon işlemi sonucu oluşan gözenekli aktif karbon örneği göstermiştir. Bu sonuçlar, üretimi mümkün olan ancak depolanmasında problemlerle karşılaşılan hidrojen gazının depolanması için alternatif bir adsorbent hazırlandığını göstermektedir. Ayrıca bu çalışma, ülkemizde önemli rezerve sahip atık haldeki ve kullanım alanı kısıtlı yer fıstığı kabuğunun, katma değeri yüksek karbon türevli malzemelerin hazırlanmasında kullanılarak atık biyokütlelerin özelikle enerji alanında değerlendirilebileceğini göstermiştir.

In this study, carbon micro spheres and carbon derivative materials from peanut shell with a lignocellular structure of biomass waste were prepared by hydrothermal carbonization method at different pressures and temperatures. In the structural characterization of carbon derivative materials were used with X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectrometer (FTIR), thermogravimetry (TGA), scanning electron microscopy (SEM), SEM-EDX for elemental analysis and transmission electron microscopy (TEM). The BET surface area analyzer was also used for pore size analysis and surface area measurements. The hydrothermal carbonization of the peanut shell was carried out in three different media (pure water, HCl, ZnCl2) at two different temperatures (240 ⁰C and 280 ⁰C) in the reactor. The reaction medium affected the morphology of the samples (sphere, porous structure, non-porous structure), surface areas, pore sizes, and indirectly hydrogen storage capacities. In this study, high value added carbon micro spheres and carbon derivative materials were prepared and the hydrogen storage capacities of other biomass-based activated carbons in the literature were compared. The porous activated carbon sample which prepared at 240 ⁰C in ZnCl2 media in 3 hours by hydrothermal carbonization process showed the highest hydrogen storage capacity. The ratio is approximately 2.10 % by weight. This result indicates that an alternative adsorbent is prepared for storing hydrogen gas which is possible to produce but has problems in storage. In addition, this study showed that waste biomass can be evaluated in the energy field by using the high-value waste peanut shell with a significant reserve in our country and in the preparation of high value-added carbon-derived materials.