Fenolik Bazlı Karbon Fiberin Aktivasyonu Ve Karakterizasyonu

Abstract

Karbon bazlı malzemelerin ileri teknolojilerde kullanımı 19. yüzyılın başına rastlar. Yüksek performanslı kompozit malzemelerin elde edilmesi için yapılan çalışmalar, kompozit malzemelerin hammaddesi ve karbon malzemelerin en onemlilerinden bir tanesi olan karbon fiberin gelişimine öncülük etmiştir. İleri teknolojiler için istenen yüksek mukavemet düşük spesifik ağırlık gibi ozellikleri bünyesinde barındırabilen karbon fiber oldukça geniş kullanım alanına sahiptir. Kompozit teknolojisin ham maddelerinden bir tanesi olan karbon fiber ayrıca aktif karbon fiberin başlangıç malzemesidir. Karbon fiberler ticari olarak rayon, poliakrilonitril, zift ve fenol bazlı recinelerden üretilmektedirler ve aktif karbon fiber için en onemli özellik olan adsorbsiyon özelligi üretildiği malzemeye göre farklılık göstermektedir.Aktif karbon fiberin mikrogözenekli yapısı mikro grafitik ağ yapısı sayesinde oluşmaktadır. Amorf özellik gosteren aktif karbon fiberler de mevcutttur. Mikrogozenekli yapisı yuzey alaninin oldukça yüksek değerlere ulaşmasını sağlar. Bu çalışmada fenolik bazlı karbon fiber hem fiziksel hem de kimyasal olarak aktive edilmiştir. Kimyasal aktivasyon icin H2SO4, HNO3 ve H3PO4; fiziksel aktivasyon içinse CO2, su buhari CO2+su buhari karışımı kullanılmıştır. Aktivasyon gaz çesidi, aktivasyon sıcaklığı, kimyasal ajan deney parametreleri olarak incelenmiştir. Üretilen aktif karbon fiberin karakterizasyonu TGA, elemental analiz, FTIR, SEM ile gerçekleştirilmiştir. Ayrıca adsorbsiyon özellikleri içinse azot, argon ve hidrojen gazları kullanılarak izotermler çıkarılmıştır. Bu calismada fenolik bazlı karbon fiberden çesitli aktivasyon yöntemleri kullanarak yuzey alani 3000 m2/g ulaşan ve mikrogozenekli yapiya sahip aktif karbon fiber elde edilmiştir. CO2+su buhari karışımı kullanılan gazlar içinde en uygun aktivasyon ortamı olarak bulunmuştur. Sıcaklığın artması ile yuzey alanı artmaktadır. Kimyasal aktivasyonun yüzey alanı üzerinde olumlu bir katkısı olmadığı görülmüştür. Elde edilen aktif karbon fiberlerin kütlece % 3 hydrojen depolayabildiği saptanmıştır.

Activated carbon fiber is a microporous material consisting of three dimensional networks of micro graphitic layers. The huge surface area is one of the most important properties and also it has considerable amount of active functional groups. Exploitation of high surface area and reactivity of the functional groups of ACF is great benefit in adsorption mechanism especially, hydrogen storage devices. In this study, two different processes were applied to the green phenolic based carbon fibers. The stage of the first process is the chemical treatment, carbonization and physical activation., the stages of the other process is carbonization and physical activation. For chemical treatment, stabilized carbon fibers were treated with chemical agents before carbonization. H2SO4, HNO3 and H3PO4 were used as chemical activators in present study. CO2, steam and CO2+steam mixture are the activation gases used for physical activation. Understanding the effect, of activation media, temperature and chemical treatment on ACF properties are investigated. In order to determine the characteristics and structure activated carbon fibers are characterize by TGA, elementel analysis, FTIR and SEM. Adsorption properties of ACF are determined by using nitrogen, argon, hydrogen as adsorbate gas. It is found that phenolic activated carbon fibers have narrow pore size distribution with micropore structure and have up to 3000 m2/g surface area. CO2+steam mixture is the most suitable activation gases for phenolic fibers. As the temperature increase the surface area of ACF increase and the chemical treatment does not affect the surface area of ACF positively. It is found that ACF can adsorb hydrogen %3 weight.