Yıl: 2020 Cilt: 35 Sayı: 3 Sayfa Aralığı: 1243 - 1255 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.425990 İndeks Tarihi: 12-01-2021

Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi

Öz:
Bu çalışmada çay fabrikası atığından H3PO4 aktivasyonu ile aktif karbon üretilmiş, üretilen örneklere farklıderişimlerde (v/v, %3,33, %10, %20 ve %40) HNO3 kullanılarak asidik yüzey modifikasyonu işlemiuygulanmıştır. Örneklerin süperkapasitör elektrot malzemesi olarak kullanılabilirliği, sulu asidik elektrolit(1 M H2SO4) ortamında test edilmiştir. İşlem görmemiş ve modifiye aktif karbon örneklerinin yüzeykarakterizayonu çeşitli kimyasal ve fiziksel yöntemlerle gerçekleştirilmiş, yüzey oksijenli grupların tipi vemiktarının elektrokimyasal performans üzerine etkisi araştırılmıştır. Sonuç olarak, modifikasyondakullanılan asit derişiminin aktif karbonun yüzey alanı ve gözenekliliğini önemli oranda etkilediğibelirlenmiştir. Asit derişimi %3,33’ün üzerine çıktığında yüzey alanında büyük düşüş gözlenmiştir. Asitderişiminin artmasıyla yüzeydeki oksijenli grupların derişiminde artış gözlenirken, fonksiyonel grup tipifarklılık göstermektedir. %3,33 HNO3 ile modifiye edilen örnekten hazırlanan elektrot, işlem görmemiş aktifkarbondan hazırlanan elektrota göre daha iyi performans sergilemiş, asit derişimi arttıkça elektrotperformansında elektrot iç direncindeki artışa bağlı olarak önemli ölçüde düşüş gözlenmiştir.
Anahtar Kelime:

Investigation of supercapacitor performance of the biomass based activated carbon modified with nitric acid

Öz:
In this study, activated carbon was produced from waste tea by H3PO4 activation. Acidic surface modification process was applied to the produced samples at different concentrations (v/v, 3.33 %, 10 %, 20 % and 40 %) using HNO3. The samples were tested as supercapacitor electrode material using aqueous acidic electrolyte (1 M H2SO4). The surface characterization of the untreated and modified activated carbon samples was carried out by various chemical and physical methods and the effect of the type and amount of surface oxygenated groups on the electrochemical performance was investigated. As a result, it has been determined that the acid concentration used in the modification process significantly affects the surface area and porosity of the carbon sample. The specific surface area of the modified samples dramatically decreased when the acid concentration exceeded 3.33 %. The concentration of oxygenated groups on the surface increases, while the type of functional group differs. The electrode prepared from the sample modified with 3.33 % of HNO3 exhibited better performance than the electrode prepared from the untreated activated carbon. As the acid concentration increased, the performance of the electrodes decreased significantly due to the increase in internal resistance of the electrodes.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • 1. Kopaç T., Sulu E., Comparison of the adsorption behavior of Basic Red 46 textile dye on various activated carbon obtained from Zonguldak coal, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (3), 1227–1240, 2019.
  • 2. Khosravi R., Azizi A., Ghaedrahmati R., Gupta V.K., Agarwal S., Adsorption of gold from cyanide leaching solution onto activated carbon originating from coconut shell-optimization, kinetics and equilibrium studies, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 54, 464-471, 2017.
  • 3. Yagmur E., Ozmak M., Aktas Z., A novel method for production of activated carbon from waste tea by chemical activation with microwave energy, Fuel, 87 (15-16), 3278-3285, 2008.
  • 4. Tsubota T., Morita M., Kamimura S., Ohno T., New approach for synthesis of activated carbon from bamboo, Journal of Porous Materials, 23 (2), 349-355, 2016.
  • 5. Balbaşı M., Şahin A., Symmetrical supercapacitor application with low activated carbon content, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 30 (4), 683-692, 2015.
  • 6. Imoto K., Takahashi K., Yamaguchi T., Komura T., Nakamura J., Murata K., High-performance carbon counter electrode for dye-sensitized solar cells, Solar Energy Materials & Solar Cells, 79, 459–469, 2003.
  • 7. Elazari R., Salitra G., Garsuch A., Panchenko A., Aurbach D., Sulfur-impregnated activated carbon fiber cloth as a binder-free cathode for rechargeable Li-S batteries, Advanced Materials, 2 (47), 5641-5644, 2011.
  • 8. Kim C.S., Srimuk P., Lee J., Fleischmann S., Aslan M., Presser V., Influence of pore structure and cell voltage of activated carbon cloth as a versatile electrode material for capacitive deionization, Carbon, 122, 329-335, 2017.
  • 9. Aygün A., Yenisoy Karakaş Y., Duman I., Production of granular activated carbon from fruit stones and nutshells and evaluation of their physical, chemical and adsorption properties, Microporous and Mesoporous Materials, 66 (2-3), 189-195, 2003.
  • 10. Bhatnagar A., Hogland W., Marques M., Sillanpaa M., An overview of the modification methods of activated carbon for its water treatment applications, Chemical Engineering Journal, 219, 499-511. 2013.
  • 11. Laszlo K., Tombacz E., Josepovits K., Effect of activation on the surface chemistry of carbons from polymer precursors, Carbon, 39 (8), 1217-1228, 2001.
  • 12. Gurten Inal I.I., Holmes S.M., Banford A., Aktas Z., The performance of supercapacitor electrodes developed from chemically activated carbon produced from waste tea, Applied Surface Science, 357, Part A, 696-703, 2015.
  • 13. Gao F., Qu J.Y., Zhao Z.B., Wang Z.Y., Qiu J.S., Nitrogen-doped activated carbon derived from prawn shells for high-performance supercapacitors, Electrochimica Acta, 190, 1134-1141, 2016.
  • 14. Tian X., Ma H.R., Li Z., Yan S.C., Ma L., Yu F., Wang G., Guo X.H., Ma Y.Q., Wong C.P., Flute type micropores activated carbon from cotton stalk for high performance supercapacitors, Journal of Power Sources, 359, 88-96, 2017.
  • 15. Gurten Inal I.I., Holmes S.M., Yagmur E., Ermumcu N., Banford A., Aktas Z., The supercapacitor performance of hierarchical porous activated carbon electrodes synthesised from demineralised (waste) cumin plant by microwave pretreatment, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 61, 124-132, 2018.
  • 16. Pandolfo A.G., Hollenkamp A.F., Carbon properties and their role in supercapacitors, Journal of Power Sources, 157 (1), 11-27, 2006.
  • 17. Han Y., Zhao P.P., Dong X.T., Zhang C., Liu S.X., Improvement in electrochemical capacitance of activated carbon from scrap tires by nitric acid treatment, Frontiers of Materials Science, 8 (4), 391- 398, 2014.
  • 18. Fan L.Z., Quiao S.Y., Song W.L., Wu M., He X.B., Qu X.H. Effects of the functional groups on the electrochemical properties of ordered porous carbon for supercapacitors, Electrochimica Acta, 105, 299-304, 2013.
  • 19. Hsieh C.T., Teng H., Influence of oxygen treatment on electric double-layer capacitance of activated carbon fabrics, Carbon, 40, 667-674, 2002.
  • 20. Nian Y.R. ve Teng H. Influence of surface oxides on the impedance behavior of carbon-based electrochemical capacitors, Journal of Electroanalytical Chemistry, 540, 119-127, 2003.
  • 21. Gokce Y., Aktas Z., Nitric acid modification of activated carbon produced from waste and adsorption of methylene blue and phenol, Applied Surface Science, 313, 352-359, 2014.
  • 22. Boehm H.P., Some aspects of the surface chemistry of carbon blacks and other carbons Carbon, 32, 759-769, 1994.
  • 23. de Celis J., Amadeo N.E., Cukierman A.L., In situ modification of activated carbons developed from a native invasive wood on removal of trace toxic metals from wastewater, Journal of Hazardous Materials, 161 (1), 217-223, 2009.
  • 24. Okajima K., Ohta K., Sudoh M., Capacitance behavior of activated carbon fibers with oxygen-plasma treatment, Electrochim Acta, 50, 2227-2231, 2005.
  • 25. Oda H., Yamashita A., Minoura S., Okamoto M., Morimoto T., Modification of the oxygen-containing functional group on activated carbon fiber in electrodes of an electric double-layer capacitor, Journal of Power Sources, 158, 1510-1516, 2006.
  • 26. Moralı U., Erol S., Electrochemical impedance analysis of 18650 lithium-ion and 6HR61 nickel-metal hydride rechargeable batteries, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35 (1), 297-309, 2020.
APA GÜRTEN INAL I, GOKCE Y, Yagmur E, Aktas Z (2020). Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi. , 1243 - 1255. 10.17341/gazimmfd.425990
Chicago GÜRTEN INAL IFFET ISIL,GOKCE Yavuz,Yagmur Emine,Aktas Zeki Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi. (2020): 1243 - 1255. 10.17341/gazimmfd.425990
MLA GÜRTEN INAL IFFET ISIL,GOKCE Yavuz,Yagmur Emine,Aktas Zeki Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi. , 2020, ss.1243 - 1255. 10.17341/gazimmfd.425990
AMA GÜRTEN INAL I,GOKCE Y,Yagmur E,Aktas Z Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi. . 2020; 1243 - 1255. 10.17341/gazimmfd.425990
Vancouver GÜRTEN INAL I,GOKCE Y,Yagmur E,Aktas Z Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi. . 2020; 1243 - 1255. 10.17341/gazimmfd.425990
IEEE GÜRTEN INAL I,GOKCE Y,Yagmur E,Aktas Z "Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi." , ss.1243 - 1255, 2020. 10.17341/gazimmfd.425990
ISNAD GÜRTEN INAL, IFFET ISIL vd. "Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi". (2020), 1243-1255. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.425990
APA GÜRTEN INAL I, GOKCE Y, Yagmur E, Aktas Z (2020). Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35(3), 1243 - 1255. 10.17341/gazimmfd.425990
Chicago GÜRTEN INAL IFFET ISIL,GOKCE Yavuz,Yagmur Emine,Aktas Zeki Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 35, no.3 (2020): 1243 - 1255. 10.17341/gazimmfd.425990
MLA GÜRTEN INAL IFFET ISIL,GOKCE Yavuz,Yagmur Emine,Aktas Zeki Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.35, no.3, 2020, ss.1243 - 1255. 10.17341/gazimmfd.425990
AMA GÜRTEN INAL I,GOKCE Y,Yagmur E,Aktas Z Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2020; 35(3): 1243 - 1255. 10.17341/gazimmfd.425990
Vancouver GÜRTEN INAL I,GOKCE Y,Yagmur E,Aktas Z Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2020; 35(3): 1243 - 1255. 10.17341/gazimmfd.425990
IEEE GÜRTEN INAL I,GOKCE Y,Yagmur E,Aktas Z "Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35, ss.1243 - 1255, 2020. 10.17341/gazimmfd.425990
ISNAD GÜRTEN INAL, IFFET ISIL vd. "Nitrik asit ile modifiye edilmiş biyokütle temelli aktif karbonun süperkapasitör performansının incelenmesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 35/3 (2020), 1243-1255. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.425990