Projenin adı:Ayçekirdeği Kabuklarını ister turnusol kağıdı yap istersen atık olarak kullan; içindeki selülozdan dilediğin gibi faydalan.
Projenin Amacı: Bir atık olan ayçiçeği çekirdeklerinin kabuklarını kullanılarak kağıt elde etmek, elde edilen kağıttan turnusol kağıdı yapmak. Projenin diğer bir amacı ise, kağıt yapımında kullanılamayacak kadar iri parçalardan oluşan çekirdek kabuklarının kurşun içeren atık suları temizlemek amacıyla kullanmak.
GİRİŞ:
Ayçiçeği kabuğu her bitkide olduğu gibi, taneyi kaplar ve dış etmenlerden korur. Gerek yağlık, gerekse çerezlik taneler, yüksek oranda lif (ham selüloz) düşük miktarlarda da ham yağ ve kül içerir. Kabuktaki selüloz, lignin, hemi-selüloz (çoğunluğu glucuron oxylan) miktarları % 74-90 olup, arta kalan kısmı da lipit, protein ve mineral maddelerdir.(1)
Ayçekirdeği tohum kabukları pek çok alanda değerlendirilerek kullanılmaktadır:
Ayçiçeği kabuğunun yakıt değeri 8300 -8500 BTU/pound civarında değişmektedir. ABD de ayçiçeği işleme tesisleri, okullar gibi bazı kuruluşlar, elde ettikleri bu kabukları fırınlarda yakacak olarak kullanmaktadır. Yine ayçiçeği kabuğundan yapılan briketlerin, ABD de bazı yerlerde şöminelerde kömür yerine kullanımı oldukça yaygındır (Lilleboe, 1991).
Yapılan araştırmalarda ülkemizde ayçiçeği işleyen bazı fabrikalarda kabuk tamamen küspe eldesinde kullanılırken, bazı fabrikalarda da özellikle yüksek proteinli küspe elde edilmek istendiğinde, yaklaşık % 7-12 arasında bir ek ürün olarak çıkmakta, bu durumda da ısıtma kazanlarda enerji ihtiyacını karşılamak için kömür ile karıştırılarak yakılmaktadır.(1)
Ayçiçeği kabukları sığır yetiştiriciliğinde saman yerine altlık olarak kullanılabilir. Çünkü saman ile aynı oranda sıvı emme kapasitesine sahiptir. Ayrıca bu kabuklar kereste endüstrisinde dolgu ve yalıtım
maddesi, biyolojik yakıt eldesinde ve paketleme materyali olarak da kullanılır. Ayrıca, Kanada?da silindir şeklinde preslenerek çıra malzemesi ve Rusya?da da etil alkol ve boya malzemesi eldesinde kullanılmaktadır (Doty,1978).
Öğütülmüş ayçiçeği tablaları küçükbaş ve kümes hayvanları için yem olarak kullanılmaktadır. Ayçiçeği tohumunun kabuğu; mayaların hazırlanmasında, alkol ve furfurol elde edilmesinde hammadde olarak kullanılır. Ayçiçeği tohumları ülkemizde yaygın bir şekilde çerez olarak tüketilmektedir. Ayçiçekleri arılar için önemli bir bal kaynağıdır.( 2)
Ayçiçeği kabuğunun bir diğer kullanım alanı da, özellikle de bazı türlerde kabuğunda içerdiği antociyanin olarak bilinen boya maddesi nedeniyle gıdalarda doğal katkılı boya olarak kullanılmasıdır. Bilindiği üzere gıda sektöründe kullanılan yapay renklendiricilerin yan etkileri üzerine, kırmızı
ve pembe renk veren doğal antociyanin kaynakları oldukça önem kazanmıştır.(1)
Yaz aylarında ülkemizde en çok tüketilen kuruyemişlerin başında ay çekirdeği gelmekte ve tüketilen kuruyemişin %40?ını oluşturmaktadır. Özellikle bu tüketim temmuz- ağustos aylarında %50 oranında artış göstermektedir. Genellikle kabukları bilinçsizce sokaklara, yollara kısaca her yere atılıp çevre kirliliğine neden olmaktadır.
Kâğıt endüstrisinde çevre problemlerinin gittikçe artan baskısı sonucu çevre dostu
kimyasalların kâğıt hamurunda ve kâğıt üretiminde kullanılması gereği ortaya çıkmıştır.
Bu nedenle, günümüzde yürütülen çalışmalar, mevcut teknolojilerin olumsuz yönlerinin
ortadan kaldırılması, verimi yüksek, çevre kirliliği meydana getirmeyen, üretimde seçici
kimyasalların kullanılması üzerine yoğunlaşmıştır. Ülkemizde kâğıt hamuru üretiminde kullanılmakta olan odun hammaddesi her geçen gün azalmaktadır. Bu nedenle kâğıt hamuru üretiminde tekstil atıkları ve pamuk linterinin odun hammaddesi yerine kullanılması en uygun çözüm yollarından bir tanesidir (3)
Yukarıda da sayıldığı üzere, ayçekirdeği kabuklarının farklı kullım biçimleri mevcuttur. Ancak bunlara arsında kağıt yapımında ana ya da yardımcı madde olarak kullanımının yapılmadığıdır. Oysa ki, ayçekirdeği kabuklarının %48.4?ü selülozdur. Bu da ayçekirdekleri kabuklarının kağıt ham maddesi olarak kullanılabileceği anlamına gelmektedir. Bu düşünceden hareket ile, projemizde ayçekirdeği kabuklarınından kağıt yapmayı ve yapılabilir bir formda oluşturabildiksek yapmış olduğumuz kağıttan da turnosol kağıdı yapmayı hedefledik. Bu şekilde, biyolojik bir atık olan ayçekirdek kabuklarındaki selülozu odun hammaddesine bir alternatif olarak kullanıp kullanamayacağımızı araştırma istedik.
Yine, yüksek selüloz içeriği bize ayçekirdeği kabuklarını atık suları temizlemede bir adsorban olarak kullanabileceğimiz düşüncesini uyandırdı. Nitekim yapılan araştırmalar selülozun iyi bir doğal adsorbent olduğunu ortaya koymaktadır (4). Ağır metal kullanımı her geçen gün sanayi sektöründe artmakta ve buna bağlı olarak toksik özellikte bir çok ağır metal nehir suyu gibi akarsulara deşarj edilmektedir. Kurşun, maden sanayi, cam sanayi, petrol endüstrisinde, boya sanayinde ve matbaa kullanılmaktadır. Boya fabrikası atık sularında EPA (Environmental Protection Agency) tarafından yapılan çalışma sonuçlarına göre 20 mg/L derişimde kurşuna rastlanabilmektedir (6). Ağır metaller arasında atık suları karışma oranı en yüksek olanı kuşundur. Kurşun çevrede ve canlılarda birikme özelliği göstermesi, toksik yapısı ve kanserojen etkisi nedeniyle önemli bir çevre kirleticisidir. Nitekim, Dünya sağlık örgütü (WHO) sınıflandırmasına göre (1995) kursun, 2.sınıf kanserojen gruptadır (7). Ağır matallerin giderilmesinde pek çok yöntem kullanılmaktadır. Adsorbsiyon yöntemi basit, ucuz ve çoğu ortama uygundur (5). Ancak, aktif karbon ve aktif karbon üretimi oldukça pahalıdır. Bunun için araştırmacılar alternative ve doğal adsorbanlar bulma çabasındadırlar. Günümüzde tarımsal atıkların (pirinç, buğday, kakao ve narenciye kabukları da) adsorpsiyon kapasiteleri ölçülerek kullanılmaktadır (4). İyi bir adsorban; zehirsiz olmalı, çevre için zararsız olmalı, ucuz ve kolay elde edilebilir olmalıdır. İşte tam da bu noktada, ayçekirdeği kabuklarının doğal, zararsız, ucuz ve kolay elde edilebilir bir adsorban olabilir.
Araştırma problemi:Biyolojik bir atık olan ayçiçeği tohum kabuklarını nasıl değerlendirebiliriz sorusunun yanıtını bulabilmek üzere oluşturduğumuz diğer araştırma sorularımız aşağıdaki gibidir;
Ayçiçeği kabuklarından kağıt elde dilebilir mi?Ayçekirdeği tohum kabuklarının parçalanması ile oluşan tanecik büyüklüğünün kağıdın yapısına etkisi var mıdır?Ayçiçeği kabuklarından kağıt eldesi sırasında kullanılan yöntemler (kabukların etüvde, fırında veya mikrodalgada kurutularak parçalanması) farklılık oluşturur mu?Ayçiçeği kabuklarından elde edilen kağıt turnusol kağıdı olarak kullanılabilir mi?Ayçiçeği kabukları bir adsroban olarak atık sulardaki kurşunu temizlemek için kullanılabilir mi?Kabuk tanecik büyüklüğünün ayçiçeği kabuklarının adsorban özelliği üzerine etkisi nedir?
YÖNTEM:Araştırmamızda biyolojik bir atık olan ayçekirdeği kabuklarını, içerdiği seluloz miktarı bakımından kağıt eldesinde kullanılmıştır. Araştırmada kullanılanay çekirdek kabuklarının kurutulması ve parçalanmasında 3 farklı yöntem kullanılarak kontrollü deneyler gerçekleştirilmiştir.
Bu çalışmada Marmara Üniversitesi öğretim üyelerinden Doç.Dr. Filiz Kabapınar?dan destekalınmıştır. Ayrıca ölçümlerde Marmara üniversitesi kimya öğretmenliği laboratuarlarından yararlanılmıştır.
Deney 1. Ayçekirdek kabuklarından kağıt yapımı
Ayçekirdeklerinin kabukları atık madde olarak elde edildi.
Kabukların kolayca toz haline getirilebilmesi için kurutma işlemleri uygulandı. Kurutma işlemlerinde 3 farklı yöntem kullanıldı.
a) Kabuklar fırında kurutuldu
b) Kabuklar mikrodalgada kurutuldu
c) Kabuklar etüvde kurutuldu
Farklı yöntemler ile kurutulan kabuklar, preslendi, rondodan geçirilerek ince toz haline getirildi.
Kağıt hamurunun eldesi
Eski oluklu mukavva 2-3 cmboylarında parçalara yırtılarak sıcak suda 2 saat bekletildi,
İyice yumuşayan mukavva parçaları mixerde çekerek iyice dağıtıldı.
Ayçekirdeği kabuklarından elde edilen toz kağıt hamuruna ilave edildi.
Kağıtlar oluşturulduktan sonra kurutuldu.
Deney 2. Ayçekirdek kabuklarından turnusol kağıdı eldesi
Turnusal kağıdı eldesinde iki farklı yöntem kullanılmıştır:
1) elde edilen kağıt hamurunun içine toz haline getirilen ayçekirdekleri ile lahana suyu eklendi ve kurumaya bırakıldı.
2) elde edilen kağıt hamurunun içine toz haline getirilen ayçekirdekleri ile lahana suyu eklenmeden kurumaya bırakıldı. Elde edilen kağıda lahana suyu kağıt kurutulduktan sonra emdirildi.
Deney 3. Ayçekirdek kabuklarının adsorban madde olarak kullanımı
Ayçekirdeği kabuklarının atık sudaki ağır metallerden birisi olan kurşunu tutma kapasitesini belirleyebilmek amacıyla, kontrollü deneyler gerçekleştirildi. Bu deneylerde, ayçekirdeği kabukları 1100C de kurutuldu, öğütüldü ve olabildiğince toz haline getirilmeye çalışıldı. Bu işlemler sırasında kabukların bir bölümü tamamen toz haline gelirken bir bölümü iri taneler şeklinde kaldı. Farklı eleklerden geçirerek üç farklı tanecik büyüklüğüne sahip ayçekirdeği kabukları elde edildi.
Sentetik suyu temsilen hazırlanacak çözelti kurşun (II) iyonu bir gram olacak şekilde kursun nitrat (Pb(NO3)2) ?tan hazırlanmıştır. Bunun için1,6 gPb(NO3)2katısı1 L?ye tamamlanarak çözelti hazırlanmıştır. Kullanılan kimyasal maddeler Merck mavi bant kalitesinde olup, analitik saflıktadır. Yapılan araştırmalar adsorpsiyonda çözelti pH?ının süreci etkilediğini gösterdiğinden, çözeltinin pH?ına bakılmıştır. Çözeltinin pH değeri 5 çıktığı için ve bu değer çözeltiler için literatürde önerilen pH değerine uygun olduğundan herhangi bir pH ayarı yapılmamıştır.
Üç farklı tanecik büyüklüğünde hazırlanan ayçekirdeği kabuklarından birer gram tartarak, bir erlene konuldu. Aynı erlene hazırlanan kurşun iyonları içeren sentetik atık sudan bir pipet yardımıyla 25 mL ilave edildi. Erlenlerdeki çözeltiler ağzı kapalı olacak şekilde iki gün bekletildi. İkinci günün sonunda erlenler manyetik karıştırıcıda 1 saat süreyle karıştırıldı. Karışımlar süzgeç kâğıdı yardımıyla süzdüldü ve süzüntülere kurşun iyonları ile çökelek oluşturacak KI katısından küçük bir parça eklendi. Sarı renkli PbI2katısının çöküp çökmediği gözlemlendi.
Bulgular
Ayçekirdeği kabuklarının fırında, mikrodalga ve etüvde kurutularak mikser ile küçük parçalara ayrılmasında gözlemlenen bir farklılık oluşmamıştır.
Kağıt yapımında parçalanan ayçekirdeği kabuklarının büyüklüğü farklılık oluşturmuştur. İyice toz haline getirilen kabuklarla elde edilen kağıdın dayanıklılığının daha fazla olduğu, daha büyük taneciklerle yapılan kağıdın ise, daha kırılgan olduğu gözlendi. Lahana suyunun kurutulmuş olan kağıda emdirilerek yapılan turnusol kağıdı ise, yine asit ve bazlarla renk değiştirerek kullanılabilirliğini göstermiştir.
Kağıt yapımı sırasında doğrudan hamura karıştırılan lahana suyu ile yapılan turnusol kağıdının asit ve baz ortamında renk değiştirdiği ve turnusol kağıdı olarak işlev gördüğü belirlenmiştir.
Bir adsorban olarak kullandığımız ayçekirdeği kabuklarında bekletilip süzülen sentetik sularımıza KI katısı ilave edildiğinde hiç bir çökelmenin olmadığını gözlemledik. Oysa ki, referans çözeltimize KI katısı eklendiğinde sarı renkli PbI2katısı çökmüştü. Buradan, ayçekirdeği kabuklarının sentetik sudaki tüm kurşun iyonlarını adsorbe ettiği sonucuna ulaşmış olduk. Beherlerin hiç birisinde PbI2çökelmesi olmamasını tanecik büyüklüğünün ayçiçek kabuklarına adsorban özelliği üzerine bir etkisi olmadığı şeklinde yorumladık.
PROJE BÜTÇESİ:
Ayçekirdeklerinin atıkları kullanıldığı için bütçeye yansıtılmamıştır. Kağıt yapımında kullanılan tel levhalar ise özel olarak yaptırılmış olup 60 liralık bir bütçeye sahiptir.
ProjeÇalışmasınınTakvimi:
01 Ekim -31Ekim: Proje konusunun belirlenmesi ve Literatürtaraması
31 Ekim – 10 Aralık :Ayçekirdeğinin alınarak atıkalrının elde edilmesi ve yöntemin belirlenmesi
10 Aralık – 30 Aralık :Uygulanacak yönteme gore kabuklardan kağıt eldesi için deneysel çalışmalarının başlatılması, verileri nelde edilmesi
2-20 Ocak:Elde edilen verilere gore bulguların değerlendirilmesi ve rapor yazımı
PROJE BÜTÇESİ: Projemizde ayçiçekirdekleri alınmış olsa da bu çekidekler yenildiği ve atıkları kağıt yapımında kullanıldığı için bütçesi olmayan bir proje olarak adlandırılabilir.
Ulaşılan sonuçlar:
Çalışmamaızda, önemli gıda fabrika atıklarından birisi olan ayçekirdeği kabuklarının selulozik yapısından dolayı kağıt yapımında kullanılabileceğini belirledik. Bu amaçla parçalanması hatta olanaklı ise toz haline getirilmesi gereken ayçekirdekği kabuklarının daha küçük parçalara bölünebilmesi için mutlaka kurutulması gerektiği bulduk. Kabukların öğütülebilirliği üzerine farklı kurutma yöntemlerinin bir etkisi olmadığı sonucuna ulaştık.
Ayrıca elde ettiğimiz bulgular ayçiçeği kabuklarının selüloz yapısı gereği kurşun metalini içeren atık suların temizlenmesinde adsorban madde olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Nitekim, çzöeltideki tüm kurşun iyonlarını üzerinde tutarak sudan uzaklaştırabilmiştir. Kabuk tanecik büyüklüğünün kurşun adsorbe etme üzerine bir etkisi olmadığı da ulaştığımız diğer bir sonuçtur.
Sonuçların değerlendirilmesi
Biyolojik biratık olarak ülkemizde eözellikle de yaz aylarında tüketilen ayçekirdeğinin değerlendirilerek kağıtyapımında kullanılması ülke ekonomisi ve çevremize katkısı yönünden çok önemlidir. Ancak elde edilen kağıdınkullanılabilirliği de çok önemlidir. Yapılan deneyler sonucunda elde ettiğimiz kağıdın asit baz tayininde turnusol kağıdı olarak kullanılabilirliği kanıtlanmış oldu. Ayçekirdek kabuklarının ülke ekonomisine diğer bir katsı da, eldesi uğraş gerektiren ve pahalı bir adsorban olan aktif kömüre alternative olabileceğidir. Nitekim, bir ağır metal olan kurşunu içeren atık sudan kurşun iyonlarını tamamen adsorbe etmiş ve sudan uzaklaştırabilmiştir. Biz projemizde tamamen toz haline getirebildiğimiz ayçekirdek kabuklarını kağıt ev turnusol kağıdı yapmak için kullanırken, geriye kalan daha iri taneli kısımlarını da adsrban olarak kullandık. Böylelikle, biyolojik bir atık olan ayçekirdeği kabuklarını tamamını değerlendirmiş olduk.
KAYNAKLAR:
1)
2) http://www.turkcebilgi.com
3) Tekstilatıklarivepamuklinterinden, kâğithamuru ve kâğit üretim kosullarının belirlenmesi, Kalın,V,2005
4) Adsorbent nedir? Hangi özelliklere sahiptir? Endüstride kullanılan adsorbentler ve bunların özellikleri nelerdir?, Kora,M. Karataş, M. w3.balikesir.edu.tr
5) Atık Suların Artılmasında Uygun Adsorban Seçimi, Akkuş, B. www.belgeler.com
6) EPA (1979). Development Document for Effluent Guidelines and Standarts for the Paint Formulating, EPA-440/1-79/049-b,USA.
7) European Commission DG ENV. E3 Project ENV.E.3/ETU/2000/0058, “Heavy Metals in
Waste”Denmark,February 2002.
ÖZEL MEF ORTAOKULU
ORTAKÖY MAH. DEREBOYU CAD. DEREİÇİ SOK. BEŞİKTAŞ/İSTANBUL
KİMYA – AYÇİÇEĞİ KABUKLARINDAKİ SELÜLOZDAN DİLEDİĞİN GİBİ FAYDALAN
DEFNE FRESKO DENİZ TOPALOĞLU
SEDA SELMA KARAMANOĞLU
Fen Projesi / Matematik Projesi
Bu Benim Eserim Fen Bilimleri ve Matematik Projeleri Yarışması
Bilim Şenliği Projeleri
