Çok Fonksiyonlu Bir Malzeme: Aktif Karbon

Şekil 1.2 Farklı Adsorpsiyon Kolon Yerleşimleri

SAFLAŞTIRICILARDA KULLANILAN ADSORBANLAR

Endüstride gaz ayırma ve saflaştırma için yaygın olarak kullanılan genellikle şu adsorbanlardır: silika jel, aktif karbon, moleküler elekler, zeolitler ve aktif alümina.

Silika Jeller

Silika jel, bileşiminde yüksek miktarda silisyum dioksit (SiO2) bulunduran bir adsorbent türüdür. Silika jel, geniş su tutma kapasitesi nedeniyle (ağırlıkça yaklaşık %40), en yaygın kullanılan kurutucudur. Ticari silika jel sorbentleri, mezogözeneklidir, yani gözenekleri çoğunlukla 20 A˚’ den büyüktür. [4]

Resim 1.2 Renksiz Silika Jel

Aktif Alümina

Aktif alümina, silika jelin sahip olduğu avantajlardan dolayı bir kurutucu olarak da yaygın olarak kullanılmaktadır. Amorf olan silika jelin aksine, aktive edilmiş alümina kristaldir.

Resim 1.3 Aktif Alümina

Aktif Karbon

Aktif karbon en yaygın kullanılan sorbentlerdendir. Aktif karbonun işlevselliği büyük mikro gözenekli ve mezogözenek hacimlerinden ve sonuçta ortaya çıkan yüksek yüzey alanından kaynaklanmaktadır. Aktif karbonlar, gaz karışımlarının ayrılması ve saflaştırılması için pratik basınç salınımı ve termal salınımlı adsorpsiyon işlemleri için kullanılır. Aktif karbonlar, desorpsiyon sürecini kolaylaştıran, gazlar için nispeten ılımlı adsorpsiyon kuvvetleri nedeniyle, genellikle bir gaz ayırma işleminde zeolitik adsorbanlara göre tercih edilir. [5]

Resim 1.4 Aktif Karbon

Zeolitler

Zeolitler, sodyum, potasyum ve kalsiyum gibi alkali veya toprak alkali elementlerin kristal alüminosilikatlarıdır. Zeolitlerin birincil yapısal birimleri silikon ve alüminyum tetrahedraları, SiO4 ve AlO4’tür. Bu birimler küpler, altıgen prizmalar, sekizyüzlüler ve kesik sekizyüzlüler gibi ikincil çok yüzlü yapı birimlerine birleştirilir. Nihai zeolit yapısı, üç boyutlu kristalin bir çerçeve içinde ikincil birimlerin birleşimlerinden oluşur. [4]

Moleküler Elekler

Moleküler elekler, farklı boyutlardaki moleküllerin oluşturduğu gaz karışımlarını ayıran, çok dar ve tekdüze gözenekliliğe sahip katılardır. Moleküler elekler (zeolitler) yapay olarak hazırlanmış alkali metal alüminosilikatlardır.

Resim 1.5 Moleküler Elek

SAFLAŞTIRICI TASARIMI

Hidrojen saflaştırma, giriş gazındaki safsızlıkların adsorbanlara fiziksel olarak bağlanmasıyla gerçekleşir. Böylece, safsızlıklar adsorbanlara tutunurken yüksek saflıkta hidrojen elde edilebilir. Saflaştırıcı sistemler genellikle iki ya da daha fazla kolon içermektedir. Üretim hacmi gereksinimlerine bağlı olarak, iki ya da daha fazla yatak eşzamanlı çalışır. Kolonların içerisine adsorbanlar belirli konfigürasyonlarda katmanlar şeklinde yüklenerek adsorpsiyon işlemi gerçekleştirilir. Yataklarda katmanlar şeklinde yerleştirilen çoklu adsorbanların kullanılması, hidrojen saflaştırma için şu anda kullanılan PSA teknolojisinin önemli bir özelliğidir.

Adsorpsiyon basıncı, kolon hacmi, ürün akış hızı, kirletici gazın bileşimi, çalışma sıcaklığı ve atık gaz gibi değişkenler PSA sisteminin performansını etkileyen önemli faktörlerdir.

KAYNAKÇA

[1] SIRCAR, S., & GOLDEN, T. C. (2000). Purification of hydrogen by pressure swing adsorption. Separation Science and Technology, 35(5), 667-687. doi:10.1081/ss-100100183 [2] Li, J., Kuppler, R. J., & Zhou, H. (2009). Selective gas adsorption and separation in metal–organic frameworks. Chemical Society Reviews, 38(5), 1477. doi:10.1039/b802426j [3] Gönül, E. (2017, April 17). Adsorpsiyonlu ISI Pompalarında Kullanılan farklı Soğutucu AKIŞKANLARIN ÇEŞITLI ADSORBAN MADDELERCE Adsorblanma karakteristiklerinin belirlenmesi. Retrieved March 13, 2021, from https://acikerisim.uludag.edu.tr/ handle/11452/10720 [4] Yang, R. T. (2003). Adsorbents fundamentals and applications. Hoboken: Wiley-Interscience. [5] Sircar, S., Golden, T., & Rao, M. (1996). Activated carbon for gas separation and storage. Carbon, 34(1), 1-12. doi:10.1016/00086223(95)00128-x

ONur AYdıN endüstri mühendisi, kurucu ınovista aktif karbon ve ileri mal. Tek. ltd şti

simsiyah hamburgerler, kömür görüntüsünde dondurma külahları, karbon çıtırtısıyla zenginleştirilmiş kahveler… yaklaşık 3500 yıldır bilinen ve kullanılan aktif karbon, bu ürünler sayesinde dünyada yeniden konuşulmaya başlandı.

dünya çapında bir çok dokTor cilT enFeksiyonları Gibi yumuşak doku durumlarını Tedavi eTmek için akTiF karbon Tozu kullanır. akTiF karbonun diğer adıyla akTiF kömürün, zararlı mikropları yaralardan uzaklaşTıran anTibakTeriyel bir eTkiye sahip olduğu bilinmekTedir.

Aktif karbon imalatı odun, turba, hindistancevizi kabuğu, kuruyemiş kabukları veya talaş gibi karbon bakımından zengin malzemelerin çok yüksek sıcaklıklarda, düşük oksijenli ya da oksijensiz ortamda işlem görmesiyle elde edilir. Üretim sürecinde malzeme üzerinde istenilen ölçekte nano düzeyde gözenekler açılır. Bu gözenekler ihtiyaca göre büyütülür veya standart hale getirilir. Bir çay kaşığı aktif karbon, bir futbol sahasından daha geniş bir alana sahip olabilir.

Aktif karbonun etkilerinin açıklanabilmesi için yeterince kesin ve geniş ölçekli araştırmaların sayısı azdır. Genelde, bu çok işlevsel malzemenin faydalarını savunmak için temel kimyasal ilkelerden yola çıkılmaktadır. Yüzlerce kullanım alanına sahip olan bu malzemenin bazı uygulamalarından bahsedeceğiz.

Sağlık Sektöründeki Yeri

Aktif karbonun sağlık alanında en yaygın bilinen hali, “Kül suyu” olarak adlandırılır. Özellikle acil servislerde, zehirlenme vakalarında, iyileştirici ve kurtarıcı bir malzeme olarak kullanılır. İnsan vücudu toksinlerin emilimine başlamadan, “Kül suyu”ndaki tanecikler, toksinleri tutar ve zararı bertaraf eder. Benzer şekilde aktif karbonun, protein sindiriminin ana yan ürünü olan üreden türetilen toksinlerin uzaklaştırılmasında özellikle etkili olduğu bilinmektedir. Bu malzemenin, kronik böbrek hastalığı olanlarda böbrek fonksiyonunu iyileştirmeye ve gastrointestinal hasarı azaltmaya yardımcı olabileceği bilimsel çalışmalarla gösterilmiştir.(1)

Bağırsakta sıkışan sıvılar ve gazlar, aktif karbondaki milyonlarca küçük delikte tutulabilir ve bu işlem onları etkisiz hale getirebilir. (2) Dünya çapında bir çok doktor cilt enfeksiyonları gibi yumuşak doku durumlarını tedavi etmek için aktif karbon tozu kullanır. Aktif karbonun diğer adıyla aktif kömürün, zararlı mikropları yaralardan uzaklaştıran antibakteriyel bir

Su ve Gaz Filtreleme

Basit anlamda filtreleme terimi kullanılsada, aktif karbonun temel mekanizmasını “Adsorpsiyon” terimiyle ifade etmek daha isabetli olacaktır. Farklı uygulamalar için uygun özelliklerde üretilen bu malzeme, sadece fiziksel bir filtreleme aracı değildir. Aktif karbon, gözenekli yapısı sayesinde temasta bulunduğu malzemeyle geçici veya kalıcı tutunma ile bağ kurar. İnsanlar yüzyıllar öncesinde aktif kömürü doğal su filtresi olarak kullanmaya başladılar. Ancak adsorpsiyon fenomeninin keşfi 1773 yılında gerçekleşti. Aktif kömür, bağırsaklarda ve midede olduğu gibi, suda bulunan bir dizi toksin, ilaç, virüs, bakteri, mantar ve kimyasallarla etkileşime girebilir ve bunları etkisiz hale getirebilir. Amerika’da bulunan çevre ajansı EPA (The Environmental Protection Agency) aktif karbonu, çok sayıda kirletici maddenin sudan uzaklaştırılabilmesi için kullanılabilecek tek malzeme olarak önermektedir. Bu özelliğiyle aktif karbon, bilinen 82 kimyasalı, 32 organik kirleticiyi ve 14 çeşit pestisiti tamamen etkisiz hale getirebilecek güce sahiptir.

Aktif kömür, iklimlendirme, gaz saflaştırma, koku giderme, solvent tutma, baca gazı temizleme, desülfürleştirme gibi uygulamalarda da kritik bir öneme sahiptir. Yüksek fayda/maliyet oranıyla bir çok kurum ve kişi için eşsiz çözümler sunar. Savunma sanayisinde, kimyasal, biyolojik, nükleer ve radyoaktif saldırılara karşı maske ve tekstil ürünlerinde tercih edilir. Günlük hayatta ise araç klimalarından, hava temizleme cihazlarına kadar bir çok kullanım alanına sahiptir.

Basınç Salınımlı Adsorpsiyon:

Basınç salınımlı adsorpsiyon (PSA), bazı gaz türlerini, moleküler özelliklere ve bir adsorban malzemenin afinitesine göre basınç altındaki bir gaz karışımından ayırmak