Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 28, Sayı 1, 2023 ARAŞTIRMA DOI: 10.17482/uumfd.1140090 KARBONDİOKSİT TUTUCU OLARAK KULLANILAN KARBON NANOTÜPLER İÇİN EN UYGUN MODİFİKASYON TÜRÜNÜN BELİRLENMESİ Ece YAPICI Hasret AKGÜN Aysun ÖZKAN* Zerrin GÜNKAYA Müfide BANAR Alınma: 04.07.2022; kabul: 13.03.2023 Öz: İklim değişikliğinin en önemli sebeplerinden birisi olan karbondioksit (CO2) emisyonlarının birincil kaynağı, enerji üretiminde kullanılan fosil yakıtlardır. Yanma sonrası oluşan CO2 emisyonlarını azaltmak için, adsorpsiyon prosesinin ve bu proseste özellikle karbon bazlı adsorbanların kullanımının oldukça etkili olduğu kanıtlanmıştır. Bunlardan birisi olan karbon nanotüplerin, adsorpsiyon kapasitesini artırmak için farklı modifikasyonları kullanılmaktadır. Ancak, en uygun modifikasyon türüne karar verirken sadece adsorpsiyon kapasitesi yeterli olmamakta, pek çok teknik kriterin yanında maliyetler de gündeme gelmektedir. Bu nedenle bu çalışmada, çok duvarlı karbon nanotüplerin polietilenimin (PEI), tetraetilenpentamin (TEPA), 3-aminopropiltrieoksilan (APTS) ve pürin takviyeli PEI olmak üzere dört farklı modifikasyonu ele alınmış ve en uygun modifikasyon türünü belirlemek için de çok kriterli karar verme (MCDM) teknikleri kullanılmıştır. Ele alınan kriterler (ön işlem maliyeti, modifikasyon malzemesi maliyeti, enerji ihtiyacı, adsorpsiyon kapasitesi, toplam döngü, adsorpsiyon kapasitesinin düşmesi, desorpsiyon sıcaklığı ve desorpsiyon süresi) SMART (Simple Multi-Attribute Rating Technique) ve CRITIC (Criteria Importance Through Intercritera Correlation) yöntemleri ile ağırlıklandırılmıştır. Modifikasyon alternatifleri, her iki yöntemden elde edilen ağırlıklandırma sonuçlarıyla COPRAS (Complex Proportional Assessment) yöntemi kullanılarak karşılaştırılmıştır. Çalışma sonucunda, dört farklı karbon nanotüp modifikasyonu içinden en uygun seçeneğin pürin takviyeli PEI olduğu belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: COPRAS, CRITIC, Karbondioksit yakalama, Karbon nanotüp, SMART Determination Of the Most Appropriate Modification Type for Carbon Nanotubes Used for Carbon Dioxide Capture Abstract: The primary source of carbon dioxide (CO2) emissions, one of the most important causes of climate change, is fossil fuels used in energy production. Adsorption and especially the use of carbon- based adsorbents have proven to be very effective in reducing CO2 emissions after combustion. Different modifications of carbon nanotubes used for this purpose are used to increase the adsorption capacity. However, when deciding on the most suitable modification type, the adsorption capacity alone is not sufficient, besides many technical criteria, costs also become an issue. Therefore, in this study, four different modifications of multi-walled carbon nanotubes such as polyethyleneimine (PEI), tetraethylenepentamine (TEPA), 3-aminopropyltrieoxylane (APTS), and purine-enhanced PEI were discussed and multi-criteria decision making (MCDM) techniques were used to determine the most appropriate modification type. Considered criteria (pretreatment cost, modification material cost, energy requirement, adsorption capacity, total cycle, decrease in adsorption capacity, desorption temperature, and * Eskişehir Teknik Üniversitesi 2 Eylül Kampüsü, 26555 Tepebaşı/Eskişehir İletişim Yazarı: Aysun ÖZKAN (aysunozkan@eskisehir.edu.tr) 153 Yapıcı E. ve ark.: Karbond. Tutucu Olark. Kullanı. Karbon Nanotüp. İçin En Uygun Modfk. Tür. Belirl. desorption time) were weighted with SMART (Simple Multi-Attribute Rating Technique) and CRITIC (Criteria Importance Through Intercriteria Correlation) methods. The modification alternatives were compared with the weighting results obtained from both methods using the COPRAS (Complex Proportional Assessment) method. As a result of the study, it was determined that the most suitable option among four different carbon nanotube modifications was PEI supplemented with purine. Keywords: COPRAS, CRITIC, Carbon dioxide capture, Carbon nanotube, SMART 1. GİRİŞ Avrupa Birliği, Avrupa Yeşil Mutabakatı ile 2050 yılında iklim nötr ilk kıta olma hedefini ortaya koyarken; aynı zamanda sanayinin dönüşümünü gerektiren yeni bir büyüme stratejisi benimseyeceğini ve tüm politikalarını iklim değişikliği ekseninde yeniden şekillendireceğini açıklamıştır. Bu bağlamda, ülkemizde de Ticaret Bakanlığı tarafından Temmuz 2021’de 9 ana başlık, 32 hedef ve 81 eylemden oluşan Yeşil Mutabakat Eylem Planı yayımlanmıştır. Bunların arasında “İklim Değişikliği ile Mücadele” ana başlığı altında Paris Anlaşması’nın gereklerinin yerine getirilmesi hususuna da yer verilmiştir (Ticaret Bakanlığı, 2021). İklim değişikliği, günümüzde insanlığın karşı karşıya olduğu en önemli sorunlardan birisidir. Toplam sera gazı emisyonlarının yaklaşık %68'ini oluşturan karbondioksit (CO2), küresel iklim değişikliğinin ana sorumlusudur (Deng ve Park, 2019, Singh vd., 2020). Bugün, antropojenik CO2 emisyonlarının %37'si, enerji üretimi için fosil yakıtların yakılmasından kaynaklanmaktadır (Oschatz ve Antonietti, 2018). Karbon yakalama ve depolama (Carbon Capture and Storage: CCS), antropojenik kaynaklı CO2 emisyonlarını azaltmak için kullanılabilecek potansiyel teknolojilerden birisidir (Tome ve Marrucho, 2016). CO2'nin yakalanması, yanma öncesi ve sonrası olmak üzere temel olarak ikiye ayrılır. Yanma sonrası karbon yakalama, günümüzde mevcut en basit teknoloji olup (Hussin ve Aroua, 2020), temel prensibi fosil yakıtların yanması sonucu oluşan baca gazından CO2’in tutulmasıdır (Zou vd., 2017, Modak ve Jana, 2019). Fosil yakıttan enerji üreten santrallerde kullanılan geleneksel bir yöntem olan aminle sıyırma, aminlerin yüksek CO2 afinitesi nedeniyle baca gazından CO2 absorpsiyonunda yüksek bir verimlilik sağlar. Ancak aminle sıyırma yönteminde, rejenerasyon için yüksek enerji gereksinimi, bozunma eğilimi, toksik gaz salımı ve mekanik parçaların aşınması gibi dezavantajlar vardır (Yay ve Gizli, 2019, Tian vd., 2018, Hu vd., 2020). Bu nedenle kurulumu kolay, ekonomik, daha verimli ve çevresel açıdan risk oluşturmayacak CO2 tutma yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır (Bahamon ve Vega, 2016). Bu gereklilik üzerine yapılan çalışmalarda, CO2'i adsorpsiyon yoluyla ayırmanın ve yakalamanın, amin bazlı absorpsiyon tekniğinin yerini alabilecek etkili bir alternatif yöntem olduğu keşfedilmiştir (Hussin ve Aroua, 2020, Hu vd., 2020, Ahmed vd., 2020, Babu vd., 2017). Diğer yandan aminlerin avantajlarından faydalanmak ve aynı zamanda aminle sıyırmadan kaynaklanan sorunları çözmek için de aminlerle fonksiyonelleştirilmiş katı adsorbanlar kullanılmıştır (Sanz vd., 2013, Lin vd., 2013). Karbon bazlı adsorbanlar; kimyasal ve termal stabilite, nem stabilitesi, yüksek gözenek hacmi, yüksek spesifik yüzey alanı ve rejenerasyon kolaylığı gibi birçok fayda sağlamaktadır. Bu noktada bu adsorbanlar arasında, mekanik mukavemetleri, termal ve kimyasal stabiliteleri, içi boş yapıları ve yüksek spesifik yüzey alanları nedeniyle karbon nanotüpler (Carbon Nanotube: CNT) dikkat çekmektedir. Bu üstün özellikler, CO2 yakalamada CNT'lerin kullanımına olan ilginin artmasına yol açmıştır (Lee vd., 2015). Ayrıca, aminlerle fonksiyonelleştirilmiş CNT'lerin fiziksel ve kimyasal adsorpsiyon ile yüksek CO2 yakalama kapasitesi ve seçicilik sergilediği görülmüştür (Du vd., 2013). CO2 yakalamada kullanılacak ideal adsorbanın seçilmesi için yüksek adsorpsiyon kapasitesi, termal-mekanik-kimyasal stabilite, üretim kolaylığı ve maliyet gibi çeşitli faktörlerin dikkate alınması gerekir (Singh vd., 2020, Ahmed vd., 2020, Khraisheh vd., 2020). Bu gibi 154 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 28, Sayı 1, 2023 durumlarda, doğru kararı verebilmek için çok kriterli karar verme (Multi-Criteria Decision- Making: MCDM) teknikleri, en uygun yöntemi belirlemek için etkili araçlardır. Bu çalışmada, yanma sonrası oluşan CO2 emisyonlarını yakalamada kullanılabilecek CNT’lerin fonksiyonelleştirilmesi için en uygun modifikasyon türünün MCDM tekniği ile belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, dört farklı amin bazlı modifikasyon alternatifi ve sekiz kriter belirlenmiştir. Kriterler, subjektif bir yöntem olan Basit Çok Nitelikli Derecelendirme Tekniği (Simple Multi-Attribute Rating Technique: SMART) ve objektif bir yöntem olan Kriterler Arası Korelasyon Aracılığıyla Kriterlerin Önemi (Criteria Importance Through Inter-Criteria: CRITIC) yöntemleriyle ağırlıklandırılmıştır. Amin bazlı modifikasyon alternatiflerini değerlendirmek için ise, bir MCDM tekniği olan Karmaşık Orantılı Değerlendirme (Complex Proportional Assessment: COPRAS) tekniği kullanılmıştır. 2. YÖNTEM Çalışmada öncelikle kapsamlı bir literatür taraması yapılmış ve CNT’lere uygulanan 4 alternatif modifikasyon yöntemi ve CO2 adsorpsiyonunda önemli olan 8 kriter belirlenmiştir. Elde edilen veriler doğrultusunda karar matrisi oluşturulmuştur. Kriterler SMART ve CRITIC yöntemleri kullanılarak ağırlıklandırılmış ve ardından COPRAS yöntemi kullanılarak alternatifler önceliklendirilmiştir. Son olarak ise, bu farklı metodolojilerden elde edilen değerler karşılaştırılmıştır. Çalışmanın akış şeması Şekil 1’de özetlenmiştir. Şekil 1: Akış şeması 155 Yapıcı E. ve ark.: Karbond. Tutucu Olark. Kullanı. Karbon Nanotüp. İçin En Uygun Modfk. Tür. Belirl. 2.1. Alternatif ve Kriterlerin Belirlenmesi CNT’ler tek duvarlı ve çok duvarlı üretilebilmekte ancak, tek duvarlı CNT üretimi zor ve maliyetli olduğu için adsorpsiyon çalışmalarında çok duvarlı karbon nanotüplerin (Multi-walled carbon nanotube: MWCNT) kullanımı söz konusu olmaktadır. Çalışmada, MWCNT’lerin amin bazlı 4 farklı modifikasyon yöntemi alternatif olarak belirlenmiş ve modifikasyonların detayları Tablo 1’de verilmiştir. İdeal adsorban seçimi için temel faktörler göz önünde bulundurularak belirlenen kriterler ise Tablo 2'de görülmektedir. Tablo 1. Alternatifler Alternatifler* Modifikasyon yöntemi Ref. PEI MWCNT'ler öncelikle yüzeylerine karboksil asit gruplarını eklemek için Lee hacimce 1:3 oranında HNO3 ve H2SO4 ile ön işleme tabi tutulmuştur. Etanole vd., (10 mL) PEI eklenmiş ve 70°C'de 30 dk. karıştırılmıştır. Karboksilatlanmış 2015 MWCNT'ler de ayrıca etanol solüsyonunda 30 dk. karıştırılmış ve ardından PEI solüsyonu ile reaksiyona sokulmuştur. PEI/karboksilatlanmış MWCNT çözeltisi, 40°C'de 12 saat boyunca sürekli olarak karıştırıldıktan sonra oda sıcaklığında kurutulmuştur. TEPA Öncelikle MWCNT'lerin kimyasal aktivasyonu, 50 mL etanol içinde 1:6 Irani oranında KOH ile oda sıcaklığında 6 saat karıştırılarak gerçekleştirilmiştir. vd., Daha sonra karışım 80°C'de 12 saat kurutulmuş, ardından 3 saat N2 gazı 2017 akışında 600°C sıcaklıkta ısıl işleme tabi tutulmuştur. Malzemeler daha sonra seyreltik HCl içinde bir gece karıştırılmış, süzülmüş, pH değeri 7'ye ulaşana kadar suyla yıkanmış ve 100°C'de fırında kurutulmuştur. Daha sonra MWCNT’ler, 20 mL etanol ile hazırlanan TEPA çözeltisine ilave edilmiş ve oda sıcaklığında 24 saat karıştırıldıktan sonra 50°C'de fırında kurutulmuştur. APTS 2 g MWCNT, 30 mL APTS ve 70 mL toluen içeren çözeltiye eklenmiştir. Su APTS karışımı, 2 saat boyunca 100°C'de geri akıtılmıştır. Oda sıcaklığına vd., soğutulduktan sonra karışım, 0,45 m'lik fiber filtreden süzülmüş ve süzülen 2011 katı 2 saat boyunca 120°C'de fırında kurutulmuştur. PEI+pürin MWCNT'ler (80 mg), 20 mL saf su içerisinde 2 saat boyunca sonikasyon Deng yoluyla dağıtılmıştır. Daha sonra 80 mg pürin eklenerek oda sıcaklığında 4 ve saat daha karıştırılmıştır. Karışım süzüldükten sonra pürin-CNT'ler 30 mL'lik Park, PEI (ağırlıkça %6) sulu çözeltisi içinde dağıtılmış ve oda sıcaklığında 12 saat 2019 karıştırılmıştır. Daha sonra karışım vakumla süzülmüştür. *PEI: polietilenimin, TEPA: tetraetilenpentamin, APTS: 3-aminopropiltrieoksilan, PEI+pürin: pürin takviyeli PEI 156 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 28, Sayı 1, 2023 Tablo 2. Kriterler No Kriterler Birim Tercih yönü Açıklama c1 Ön işlem 1-9 Azalan Modifikasyon öncesi MWCNT’lere uygulanan işlemlerin maliyeti ölçeği maliyetidir. c2 Modifikasyon $ Azalan 1 g MWCNT’yi modifiye etmek için kullanılan malzemelerin malzemesi maliyetidir. maliyeti c3 Modifikasyon 1-9 Azalan Modifikasyon sırasında karıştırma ve ısıtma gibi işlemler için enerji ihtiyacı ölçeği harcanan enerjidir. c4 Adsorpsiyon mmol/g Artan Adsorbanların maksimum CO2 adsorpsiyon kapasitesidir. kapasitesi c5 Toplam döngü Sayı Artan Adsorbanların tekrar kullanılabildiği adsorpsiyon-desorpsiyon döngülerinin sayısıdır. c6 Adsorpsiyon % Azalan Toplam döngüden sonra adsorpsiyon kapasitesindeki düşüştür. kapasitesindeki düşüş c7 Desorpsiyon °C Azalan Adsorbandan CO2 desorpsiyon sıcaklığıdır. sıcaklığı c8 Desorpsiyon dk Azalan Adsorbandan CO2 desorpsiyon süresidir. süresi 2.2. Karar Matrisinin Oluşturulması Belirlenen her alternatif için, her kriterin referans çalışmalardaki değerleri doğrultusunda oluşturulan karar matrisi Tablo 3’te verilmiştir. Söz konusu matris, kriter ağırlıklandırması için CRITIC ve alternatif sıralaması için COPRAS yöntemlerinde karar matrisi olarak kullanılmıştır. Tablo 3. Karar matrisi Alternatifler/Kriterler c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 PEI 3 3,9 9 2,17 10 3 120 120 TEPA 9 0,17 3 5 10 20 90 5 APTS 1 8,25 9 2,45 100 11,65 120 25 PEI+pürin 1 1,25 1 3,86 50 1 100 60 2.3. Kriterlerin Ağırlıklandırılması Bu çalışmada ağırlıklandırma yöntemleri olarak SMART ve CRITIC uygulanmıştır. SMART, karar vericilerin yargılarına dayanan öznel bir yöntemken; CRITIC yöntemi, önceden tanımlanmış bir karar matrisine dayanan nesnel bir yöntemdir (Odu, 2019). Ağırlıklandırma işlemlerinin uygulanması sırasında Microsoft Excel programı kullanılmıştır. 2.3.1. SMART yöntemi Bu yöntemde karar verici en önemsiz kritere 10 puan, en önemli kritere 100 puan vererek kriterleri en kötüden en iyiye doğru sıralar. Kriter ağırlıkları, puanların toplamı 1’e normalize edilerek hesaplanır (Odu, 2019). Bu çalışmada, yazarların kişisel yargılarına göre kriterler en önemliden önemsize doğru sıralanarak puanlanmıştır. 2.3.2. CRITIC yöntemi Bu yöntem, objektif bir ağırlıklandırma tekniği olup, karar matrisinin analitik olarak incelenmesine ve bir kriterin değerini ölçmek için korelasyon analizini kullanan standart sapmaya dayanmaktadır (Odu, 2019, Kısa, 2021). İlk olarak karar matrisi aşağıdaki gibi 157 Yapıcı E. ve ark.: Karbond. Tutucu Olark. Kullanı. Karbon Nanotüp. İçin En Uygun Modfk. Tür. Belirl. normalize edilir (Odu, 2019) (Eşitlik 1-2). Buradaki y; karar matrisindeki elemanların değerleridir. Faydalı kriterler için: 𝑦 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑗 − 𝑦𝑗 𝑝𝑖𝑗 = 𝑦𝑚𝑎𝑥 − 𝑦𝑚𝑖𝑛 (1) 𝑗 𝑗 Faydalı olmayan kriterler için: 𝑦𝑚𝑎𝑥𝑗 − 𝑦𝑖𝑗 𝑝𝑖𝑗 = 𝑦𝑚𝑎𝑥 − 𝑦𝑚𝑖𝑛 (2) 𝑗 𝑗 Daha sonra normalizasyonda elde edilen değerler kullanılarak matristeki kriter değerleri arasında doğrusal bir korelasyon katsayısı hesaplanır (Eşitlik 3). ∑𝑚𝑖=1(𝑝𝑖𝑗 − 𝑝?̅?)(𝑝𝑖𝑘 − ̅̅𝑝𝑘̅) 𝑣𝑗𝑘 = √∑𝑚 2 𝑖=1(𝑝𝑖𝑗 − 𝑝 ) ∑ 𝑚 ?̅? 𝑖=1(𝑝 − 𝑝̅̅ ̅) 2 (3) 𝑖𝑘 𝑘 Son olarak, kriterlerin ağırlıkları standart sapma (𝜎𝑗) ve korelasyon katsayısı (𝑣𝑗𝑘) kullanılarak hesaplanır (Eşitlik 4-5). 𝛽𝑗 𝑤𝑗 = 𝑛 ∑ 𝛽𝑘 (4) 𝑘=1 𝑛 𝛽𝑗 = 𝜎𝑗 ∑(1 − 𝑣𝑗𝑘) (5) 𝑘=1 2.4. Alternatiflerin Sıralanması Alternatifler, SMART ve CRITIC yöntemlerinden elde edilen kriter ağırlıkları kullanılarak Karmaşık Orantılı Değerlendirme (Complex Proportional Assessment, COPRAS) yöntemi ile sıralanmıştır. COPRAS yöntemi, Zavadskas ve Kaklauskas tarafından 1994 yılında geliştirilmiştir. COPRAS, ideal olana ve ideal olmayana oran ile bir çözüm türeterek en iyi alternatifin belirlendiği önemli MCDM yöntemlerinden birisidir. Bu yöntemde, öncelikle karar matrisi normalize edilir (Eşitlik 6). 𝑥𝑖𝑗 𝑅𝑖𝑗 = ∑𝑛𝑗=1 𝑥𝑖𝑗 (6) Ardından, ağırlıklı normalleştirilmiş matris hesaplanır (Eşitlik 7). 𝑉𝑖𝑗 = 𝑤𝑗𝑅𝑖𝑗 (7) Daha büyük değerlerin daha çok tercih edildiği kriter değerlerinin toplamları Pi hesaplanır (Eşitlik 8). Burada g maksimize edilmesi gereken faydalı kriter sayısıdır. 𝑔 𝑃𝑖 = ∑ 𝑅𝑖𝑗 (8) 𝑗=1 158 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 28, Sayı 1, 2023 Daha küçük değerlerin daha çok tercih edildiği kriter değerlerinin toplamları Ri hesaplanır (Eşitlik 9). Burada n-g minimize edilmesi gereken faydalı olmayan kriter sayısıdır. 𝑛 𝑅𝑖 = ∑ 𝑅𝑖𝑗 (9) 𝑗=𝑛−𝑔 Her alternatifin bağıl ağırlığı Qi hesaplanır (Eşitlik 10). ∑𝑛 𝑅 𝑖 𝑖 𝑄𝑖 = 𝑃𝑖 + (10) 𝑅 𝑛 1𝑖 ∑𝑖 ( ⁄𝑅 )𝑖 Analiz edilen alternatifin bağıl ağırlığı alternatiflerin içerisindeki en yüksek bağıl ağırlığa bölünerek Ni hesaplanır (Eşitlik 11). Ni değeri en yüksek olan seçenek en iyi alternatif olarak kabul edilir. 𝑄𝑖 𝑁𝑖 = × 100 𝑄𝑚𝑎𝑥 (11) 3. BULGULAR SMART ve CRITIC yöntemleri ile elde edilen kriter ağırlıklandırma sonuçları Tablo 4'te verilmiştir. SMART yönteminde en önemli kriter sistemin doğrudan verimi olan c4 (adsorpsiyon kapasitesi) olarak belirlenmişken, standart sapma temelli CRITIC yönteminde c1 (ön işlem maliyeti) en önemli kriter olmuştur. Diğer kriterlerin sıralaması incelendiğinde, iki yöntem arasında önemli farklılıklar olduğu görülmektedir. COPRAS yöntemiyle elde edilen değerlendirme verileri ve sıralamalar ise Tablo 5'te gösterilmektedir. Ayrıca, tablodaki değerler kullanılarak alternatifleri yüzde dağılımları belirlenmiş ve grafiksel olarak Şekil 2’de gösterilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, her iki yöntemde de A4'ün (PEI-pürin) en iyi alternatif olduğu görülmektedir. İkinci en iyi alternatif A3 (APTS) olurken, en zayıf seçeneğin de A1 (PEI) olduğu belirlenmiştir. A4 alternatifi düşük maliyet ve enerji tüketimi, yüksek adsorpsiyon kapasitesi ve adsorpsiyon kapasitesindeki düşüşün az olması nedeniyle ilk sırada bulunmuştur. Kriter ağırlıkları ile bu sonuçlar değerlendirildiğinde, SMART ve CRITIC yöntemlerinde ağırlığı yüksek olan sırasıyla c4 ve c1 kriterlerinin PEI-pürin alternatifinde en yüksek değerlere sahip olduğu dikkat çekmektedir. PEI için ise adsorpsiyon verimi ve toplam döngü değerleri, diğer alternatiflere göre en düşük değerlere sahipken, azalan değerlere sahip olması istenen yüksek enerji tüketimi, yüksek desorpsiyon sıcaklığı ve uzun desorpsiyon süresi nedeniyle son sırada yer almıştır. Kriter ağırlıklandırma yöntemlerinden elde edilen farklı sıralamalara rağmen, alternatiflerin sıralaması aynı olmuştur. Bu durum sonuçların güvenirliliğini artırmaktadır. Tablo 4. Kriter ağırlıkları Yöntem c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 Değer 0,1731 0,1538 0,1346 0,1923 0,1154 0,0962 0,0769 0,0577 SMART Sıralama 2 3 4 1 5 6 7 8 CRITIC Değer 0,1616 0,1088 0,0992 0,1028 0,1523 0,1533 0,1085 0,1134 Sıralama 1 5 8 7 3 2 6 4 159 Yapıcı E. ve ark.: Karbond. Tutucu Olark. Kullanı. Karbon Nanotüp. İçin En Uygun Modfk. Tür. Belirl. Tablo 5. Alternatiflerin sıralaması SMART CRITIC Alternatifler Değer Sıra Değer Sıra PEI 36,5645 4 39,8328 4 TEPA 45,3209 3 42,7728 3 APTS 48,8250 2 60,3046 2 PEI+pürin 100 1 100 1 Şekil 2: Alternatiflerin dağılımı (%) 4. SONUÇ Bu çalışmada, CO2 yakalamada kullanılan MWCNT’lerin adsorpsiyon kapasitesini artırmak için uygulanan PEI, TEPA, APTS ve pürin takviyeli PEI olmak üzere dört farklı modifikasyon türü ele alınmış ve en uygun türü belirlemek için MCDM teknikleri kullanılmıştır. Karar vericilere yol gösterici olması açısından önem arz eden bu teknikler, özellikle çevresel süreçler ve maliyeti yüksek yatırımlarda başvurulmasında fayda olan yöntemlerdir. Nitekim bu çalışmada da teknik, çevresel ve ekonomik kriterler dikkate alınarak, toplam sera gazı emisyonlarının yaklaşık %68'ini oluşturan ve küresel iklim değişikliğinin ana sorumlusu olarak bilinen CO2’in yakalanması için kullanılan karbon nanotüplerin modifikasyonunda en uygun seçeneğin pürin takviyeli PEI olduğu belirlenmiştir. Bu çalışmadaki yaklaşım temelinde, karbondioksit veya farklı kirleticilerin adsorpsiyonu için farklı alternatifler kullanılarak (farklı adsorban malzemeler veya farklı modifikasyon yöntemleri gibi) yeni çalışmalar yapılmasıyla daha etkin çözümlerin üretilmesi mümkündür. 160 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 28, Sayı 1, 2023 ÇIKAR ÇATIŞMASI Yazar(lar), bilinen herhangi bir çıkar çatışması veya herhangi bir kurum/kuruluş ya da kişi ile ortak çıkar bulunmadığını onaylamaktadırlar. YAZAR KATKISI Ece Yapıcı ve Hasret Akgün veri toplama ve veri analizi, Aysun Özkan ve Zerrin Günkaya çalışmanın kavramsal ve tasarım süreçlerinin belirlenmesi ve yönetimi ve Müfide Banar ise yorumlama kısmında makaleye katkıda bulunmuştur. KAYNAKLAR 1. Ahmed, R., Liu, G., Yousaf, B., Abbas, Q., Ullah, H. ve Ali, M.U. (2020) Recent advances in carbon-based renewable adsorbent for selective carbon dioxide capture and separation-A review, Journal of Cleaner Production, 242, 118409. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118409 2. Babu, D.J., Bruns, M. ve Schneider, J.J.(2017) Unprecedented CO2 uptake in vertically aligned carbon nanotubes, Carbon, 125, 327-335. doi: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.09.047 3. Bahamon, D. ve Vega, L.F. (2016) Systematic evaluation of materials for post combustion CO2 capture in a Temperature Swing Adsorption process, Chemical Engineering Journal, 284, 438-447. doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.08.098 4. Deng, M. ve Park, H.G. (2019) Spacer-assisted amine-coiled carbon nanotubes for CO2 capture, Langmuir, 35(13), 4453-4459. doi: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b03980 5. Du, Y., Du, Z., Zou, W., Li, H., Mi, J. ve Zhang, C. (2013) Carbon dioxide adsorbent based on rich amines loaded nano-silica, Journal of Colloid and Interface Science, 409, 123. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.07.071 6. Hu, X.E., Liu, L., Luo, X., Xiao, G., Shiko, E., Zhang, R., Fan, X., Zhou, Y., Liu. Y., Zeng, Z. ve Li, C. (2020) A review of N-functionalized solid adsorbents for post-combustion CO2 capture, Applied Energy, 260, 114244. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.114244 7. Hussin, F. ve Aroua, M.K. (2020) Recent trends in the development of adsorption technologies for carbon dioxide capture: A brief literature and patent reviews (2014–2018), Journal of Cleaner Production, 253, 119707. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119707 8. Irani, M., Jacobson, A.T., Gasem, K.A. ve Fan, M. (2017) Modified carbon nanotubes/tetraethylenepentamine for CO2 capture, Fuel, 206, 10-18. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.05.087 9. Khraisheh, M., Mukherjee, S., Kumar, A., Al Momani, F., Walker, G. ve Zaworotko, M.J. (2020) An overview on trace CO2 removal by advanced physisorbent materials, Journal of Environmental Management, 255, 109874. doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.109874 10. Kısa, A.C.G. (2021) TR83 bölgesinde yenilenebilir enerji kaynaklarının CRITIC tabanlı gri ilişkisel analiz yaklaşımı ile değerlendirilmesi, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27(4), 542-548. doi: 10.5505/pajes.2021.99389 11. Lee, M.S., Lee, S.Y. ve Park, S.J. (2015) Preparation and characterization of multi-walled carbon nanotubes impregnated with polyethyleneimine for carbon dioxide capture, 161 Yapıcı E. ve ark.: Karbond. Tutucu Olark. Kullanı. Karbon Nanotüp. İçin En Uygun Modfk. Tür. Belirl. International Journal of Hydrogen Energy, 40(8), 3415-3421. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.12.104 12. Lin, Y., Yan, Q.J., Kong, C.L. ve Chen, L. (2013) Polyethyleneimine Incorporated Metal- organic Frameworks Adsorbent for Highly Selective CO2 Capture, Scientific Reports, 3, 1895. doi: 10.1038/srep01859 13. Modak, A, ve Jana, S. (2019) Advancement in porous adsorbents for post-combustion CO2 capture, Microporous and Mesoporous Materials, 276, 107-132. doi: https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2018.09.018 14. Odu, G.O. (2019) Weighting Methods for Multi-Criteria Decision Making Technique, Journal of Applied Science and Environmental Management, 23(8), 1449-1457. doi: 10.4314/jasem.v23i8.7 15. Oschatz, M. ve Antonietti M. (2018) A search for selectivity to enable CO2 capture with porous adsorbents, Energy & Environmental Science, 11(1), 57-70. doi: 10.1039/C7EE02110K 16. Sanz, R., Calleja, G., Arencibia, A. ve Sanz-Pérez, E.S. (2013) Development of High Efficiency Adsorbents for CO2 Capture based on a Double-Functionalization Method of Grafting and Impregnation, Journal of Material Chemistry A, 1, 1956−1962. doi: https://doi.org/10.1039/C2TA01343F 17. Singh, G., Lee, J., Karakoti, A., Bahadur, R., Yi, J., Zhao, D., AlBahiyl, K. ve Vinu, A. (2020) Emerging trends in porous materials for CO2 capture and conversion, Chemical Society Reviews, 49(13), 4360-4404. doi: https://doi.org/10.1039/D0CS00075B 18. Su, F., Lu, C. ve Chen, H.S. (2011) Adsorption, desorption, and thermodynamic studies of CO2 with high-amine-loaded multiwalled carbon nanotubes, Langmuir, 27(13), 8090-8098. doi: https://doi.org/10.1021/la201745y 19. Tian, Z., Huang, J., Zhang, X., Shao, G., He, Q., Cao, S. ve Yuan, S. (2018) Ultra- microporous N-doped carbon from polycondensed framework precursor for CO2 adsorption, Microporous Mesoporous Materials, 257, 19-26. doi: https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2017.08.012 20. Ticaret Bakanlığı. “Yeşil Mütabakat Eylem Planı 2021”. https://ticaret.gov.tr/haberler/yesil- mutabakat-eylem-plani-yayimlandi (Erişim Tarihi: 01.10.2021). 21. Tome, L.C. ve Marrucho, I.M. (2016) Ionic liquid-based materials: A platform to design engineered CO2 separation membranes, Chemical Society Reviews, 45(10), 2785-2824. 22. Yay, B. ve Gizli, N. (2019) A review on silica aerogels for CO2 capture applications. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 25(7), 907-913. doi: https://doi.org/10.1039/C5CS00510H 23. Zou, L., Sun, Y., Che, S., Yang, X., Wang, X., Bosch, M., Wang, Q., Li, H., Smith, M., Yuan, S., Perry, Z. ve Zhou, H.C. (2017) Porous organic polymers for post‐combustion carbon capture, Advanced Materials, 29(37), 1700229. doi: https://doi.org/10.1002/adma.201700229 162