Atık biyokütle ve bazı endüstriyel ligninlerden elde edilen biyoçarların karakterizasyonu ve toprak uygulamalarındaki etkisinin incelenmesi
Characterization of biochars derived from waste biomass and selected industrial lignins for their effects on soil applications
- Tez No: 1020030
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET KUDDUSİ AKALIN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Son yıllarda çevresel sürdürülebilirlik ve atık yönetimine yönelik artan farkındalık, biyokütle kaynaklarının daha verimli değerlendirilmesini gerekli kılmıştır. Bu doğrultuda, farklı biyokütle türlerinin birlikte işlenmesiyle çeşitli özelliklere sahip katma değerli ürünlerin elde edilmesi önem kazanmıştır. Dünya genelinde yıllık kayısı üretimi yaklaşık 4 milyon tondur. Kayısı çekirdekleri yağ üretiminde değerlendirilebilmekte, ancak bu süreç sonrasında ortaya çıkan kayısı çekirdeği posası (ASP) önemli miktarda atık oluşturmaktadır. Bu çalışmada, ASP ile kağıt hamuru endüstrisinin yan ürünleri olan kalsiyum lignosülfonat (CLS) ve sodyum lignosülfonatın (SLS) birlikte pirolizi incelenmiştir. Deneylerde, farklı karışım oranları (4:1, 1:1 ve 1:4) ve farklı piroliz sıcaklıkları (400–700°C) kullanılarak elde edilen biyoçarların verimi, elementel bileşimi ve üst ısıl değerleri (ÜID) incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, birlikte piroliz işleminin biyoçar özellikleri üzerinde önemli etkiler yarattığını göstermiştir. En yüksek ÜID'ler 5ASP-5CLS-400 ve 8ASP-2SLS-400 biyoçarları için sırasıyla 26,91 MJ/kg ve 25,64 MJ/kg olarak elde edilmiştir. Ayrıca, ASP'nin CLS ile birlikte kullanılması sonucu elde edilen biyoçarların ısıl değerlerinin, yalnızca CLS'nin pirolizinden elde edilen biyoçarlara kıyasla daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Bulgular, iki farklı atık kaynağının birlikte değerlendirilmesinin piroliz sürecinde sinerjik etkiler oluşturduğunu ve bu sayede farklı karakteristiklere sahip biyoçarların üretilebildiğini ortaya koymuştur. Sonuç olarak, çeşitli endüstriyel ve çevresel uygulamalar için uygun biyoçarların farklı atık biyokütle kaynaklarından başarıyla üretilebildiği belirlenmiştir. Toprak uygulama sonuçları, üretilen biyoçarların toprak kimyasal özellikleri ve besin elementi dinamikleri üzerinde önemli etkiler oluşturduğunu göstermiştir. Biyoçar uygulamaları sonrasında toprak pH'sı 7,46–8,21, elektriksel iletkenlik (EC) 1131–2650 µS/cm ve katyon değişim kapasitesi (KDK) 12,37–15,34 meq/100g aralığında değişmiştir. En yüksek KDK değeri ASP-SLS4 uygulamasında (15,34 meq/100g) belirlenirken, organik madde içeriği %2,02–3,74 arasında değişmiş ve en yüksek değer CLS2 uygulamasında elde edilmiştir. Makro besin elementleri açısından en yüksek azot içeriği CLS4 (%0,48), en yüksek fosfor içeriği ASP-SLS4 (542,32 mg/kg) ve en yüksek potasyum içeriği ASP-CLS4 (1684 mg/kg) uygulamalarında belirlenmiştir. Mikro element analizlerinde en yüksek Fe içeriği ASP-CLS2 (17,42 mg/kg), en yüksek Zn içeriği ise CLS4 (3,43 mg/kg) uygulamasında tespit edilmiştir. Buna karşılık ASP-SLS4 uygulamasında Na içeriğinin 664,30 mg/kg seviyesine yükselmesi, bazı uygulamalarda tuzluluk riskinin artabileceğini göstermiştir. Yağış simülasyonu sonucunda fosfat (PO₄³⁻) liçi toplamı 6,73–20,82 mg/L, nitrat (NO₃⁻) liçi ise 5,11–19,06 mg/L arasında değişmiştir. En düşük nitrat liçi ASP-CLS2 uygulamasında (5,11 mg/L), en yüksek nitrat liçi ise ASP-CLS1 uygulamasında (19,06 mg/L) belirlenmiştir. Fosfat liçi bakımından en düşük değer kontrol grubunda (6,73 mg/L), en yüksek değer ise SLS4 uygulamasında (20,82 mg/L) ölçülmüştür. Elde edilen bulgular, biyoçar uygulamalarının toprakta besin elementlerinin tutulmasını ve taşınımını önemli ölçüde etkilediğini göstermiştir. Özellikle ASP-SLS4 uygulaması fosfor birikimi ve katyon değişim kapasitesi açısından öne çıkarken, ASP-CLS2 uygulaması nitrat yıkanmasını azaltmada en etkili sonuçları vermiştir. Bu sonuçlar, ASP ve lignosülfonat kaynaklı biyoçarların toprak düzenleyici materyal olarak kullanım açısından önemli bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In recent years, increasing awareness of environmental sustainability and waste management has highlighted the need for the more efficient utilization of biomass resources. In this context, the co-processing of different biomass types to produce value-added products with diverse properties has gained considerable attention. Global annual apricot production is approximately 4 million tons. Although apricot kernels can be utilized for oil extraction, the resulting apricot seed press cake (ASP) constitutes a substantial amount of waste. In the study, the co-pyrolysis of ASP with calcium lignosulfonate (CLS) and sodium lignosulfonate (SLS), both by-products of the pulp and paper industry, was investigated. Biochars were produced at different pyrolysis temperatures (400–700°C) with different blending ratios (4:1, 1:1, and 1:4), and their yields, elemental compositions, and higher heating values (HHVs) were investigated. The results demonstrated that the co-pyrolysis process had significant effects on the properties of the resulting biochars. Among the samples examined, the highest HHV values were obtained for the 5ASP-5CLS-400 and 8ASP-2SLS-400 biochars, reaching 26.91 MJ/kg and 25.64 MJ/kg, respectively. Furthermore, biochars produced from the co-pyrolysis of ASP and CLS exhibited higher heating values than those derived from the pyrolysis of CLS alone. These findings indicate that the simultaneous utilization of two different waste resources generates synergistic effects during the pyrolysis process, enabling the production of biochars with distinct characteristics. Consequently, biochars suitable for various industrial and environmental applications can be successfully produced from different waste biomass sources. The soil application results revealed that the produced biochars significantly influenced soil chemical properties and nutrient dynamics. Following biochar applications, soil pH ranged from 7.46 to 8.21, electrical conductivity (EC) varied between 1131 and 2650 µS/cm, and cation exchange capacity (CEC) ranged from 12.37 to 15.34 meq/100 g. The highest CEC value was observed in the ASP-SLS4 treatment (15.34 meq 100/g), while soil organic matter content ranged from 2.02% to 3.74%, with the highest value recorded in the CLS2 treatment. Regarding macronutrients, the highest nitrogen content was determined in the CLS4 treatment (0.48%), the highest phosphorus content was determined in the ASP-SLS4 treatment (542.32 mg/kg), and the highest potassium content was determined in the ASP-CLS4 treatment (1684 mg/kg). Among the micronutrients, the highest Fe concentration was measured in the ASP-CLS2 treatment (17.42 mg/kg), whereas the highest Zn concentration was observed in the CLS4 treatment (3.43 mg/kg). In contrast, the Na concentration increased to 664.30 mg/kg in the ASP-SLS4 treatment, indicating a potential increase in salinity risk under certain application conditions. Rainfall simulation experiments showed that cumulative phosphate (PO₄³⁻) leaching ranged from 6.73 to 20.82 mg/L, while nitrate (NO₃⁻) leaching varied between 5.11 and 19.06 mg/L. The lowest nitrate leaching was observed in the ASP-CLS2 treatment (5.11 mg/L), whereas the highest nitrate leaching occurred in the ASP-CLS1 treatment (19.06 mg/L). In terms of phosphate leaching, the lowest value was recorded in the control treatment (6.73 mg/L), while the highest value was measured in the SLS4 treatment (20.82 mg/L). Overall, the findings demonstrate that biochar applications substantially affect nutrient retention and transport in soils. In particular, the ASP-SLS4 treatment exhibited superior performance in terms of phosphorus accumulation and cation exchange capacity, whereas the ASP-CLS2 treatment was the most effective in reducing nitrate leaching. These results suggest that biochars derived from apricot seed press cake and lignosulfonates have considerable potential for use as soil amendment materials.
Benzer Tezler
- Investigation of textile industry wastewater treatment using laboratory and pilot scale submerged membrane bioreactors (MBR)
Tekstil atıksularının laboratuvar ve pilot ölçekli membran biyoreaktörler ile arıtılabilirliği
MERVE ERGÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Atık su ortamında yetiştirilen Scenedesmus aequicaudatus alginin biyokimyasal ve biyolojik aktivitelerinin belirlenmesi
Determination of biochemical and biological activities of Scenedesmus aequicaudatus algae cultivated in wastewater environment
SONER ATİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
BiyolojiSakarya ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUĞBA ONGUN SEVİNDİK
- Synthesis and characterization of carbon nanomaterial(S) by hydrothermal carbonization of various wastes
Farklı atık türlerinin hidrotermal karbonizasyon yöntemi ile karbon nanomalzemelerine sentezi ve karakterizasyonu
MONIKA SHARMA
Doktora
İngilizce
2025
Bilim ve TeknolojiSakarya ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİYE SUNA ERSES YAY
- Extraction of polysaccharides from waste seaweed and examining their film forming properties
Atık deniz yosunlarından polisakkaritlerin elde edilmesi ve film oluşturma özelliklerinin incelenmesi
HATİCE DEMİRCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CÜNEYT HÜSEYİN ÜNLÜ
- High-temperature pyrolysis of sewage sludge: Synergistic effects of co-pyrolysis with rice straw and composite plastic wastes
Atık su arıtma çamurunun yüksek sıcaklık pirolizi: Çeltik sapı ve kompozit plastik atıklar ile birlikte pirolizin sinerjik etkileri
ELİF BABAYİĞİT
Doktora
İngilizce
2025
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE ÇOKGÖR
PROF. DR. ALPER SARIOĞLAN