Atık kağıt havludan karanlık fermantasyon ile hidrojen gazı üretimi
Hydrogen production from waste paper towel by dark fermantation
Yazar: GÜLİZAR ONARAN
Danışman: DOÇ. DR. HİDAYET ARGUN
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında atık kağıt havludan kesikli işletme modunda karanlık fermentasyon ile hidrojen gazı üretimi araştırılmıştır. Bu kapsamda başlangıç biyokütle, substrat ve C/N/P/Fe oranının hidrojen üretim verimi ve spesifik hidrojen üretim hızı üzerine olan etkileri incelenmiştir. Deneylerde besi maddesi olarak kullanılan şeker çözeltisi 200 g/L atık kağıt havlunun %5 H2SO4 ile 105°C'de 3.5 saat süreyle asit hidrolizi sonucunda elde edilmiştir. Başlangıç biyokütle konsantrasyonu olarak 0.1-6.0 g/L noktaları arasında çalışılmış ve en yüksek hidrojen üretim verimi 0.927 mol H2/mol glikoz olarak 0.875 g biyokütle/L'de elde edilmiştir. Ancak 0.1 g/L'de benzer verim (0.905 mol H2/mol glikoz) ve daha yüksek özgül hidrojen üretim hızına (188.81 mL H2/g biyokütle.saat) ulaşıldığı, ayrıca işletme kolaylığı açısından 0.1 g/L biyokütle konsantrasyonunun daha uygun olduğu sonucuna varılmıştır. Başlangıç substrat konsantrasyonu için 5-40 g glikoz/L arasında çalışılmış ve en yüksek hidrojen üretim verimi (0.498 mol H2/mol glikoz) ve özgül hidrojen üretim hızı (226.67 mL H2/g biyokütle.saat) 21 g glikoz/L'de elde edilmiştir. En uygun C/N/P/Fe oranının belirlenmesi için Design-Expert yazılımında bulunan Box-Behnken yüzey tepki metodu ile optimizasyon yapılmıştır. Buna göre yapılan deneyler sonucunda en yüksek hidrojen üretim verimi (0.656 mol H2/mol glikoz) ve özgül hidrojen üretim hızı (241.64 mL H2/g biyokütle.saat) 100/5/9/0.3'lik C/N/P/Fe oranında tespit edilmiştir. Bu şartlarda gerçekleştirilen doğrulama deneyi sonucunda bulunan hidrojen üretim verimi ve özgül hidrojen üretim hızı değerleri sırasıyla 0.525 mol H2/mol glikoz ve 243.14 ml H2/g biyokütle.saat olup, beklenilen verim ve hız değerleri ile uyumlu çıkmış ve modelin güvenirliği teyit edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, hydrogen gas production from waste paper towel by batch dark fermentation was studied. In this context the effects of initial biomass and substrate concentrations and the effect of C/N/P/Fe ratio on hydrogen production yield and specific hydrogen production rate (SHPR) were investigated. Sugar containing hydrolyzate was used as substrate and this solution was obtained by acid hydrolysis of 200 g/L waste paper towel with %5 H2SO4 at 105°C for 3.5 hours. For the experiments where the initial biomass concentration was varied between 0.1-6.0 g/L the highest hydrogen production yield (0.927 mol H2/mol glucose) was obtained at 0.875 g/L biomass concentration. However, similar hydrogen production yield (0.905 mol H2/mol glucose) and SHPR (188.81 mL H2/g biomass.hours) was obtained at 0.1 g/L, which is more favourable to be used due to practical considerations. For the experiments where the initial substrate concentration was varied between 5–40 g/L, the highest hydrogen production yield (0.498 mol H2/mol glucose) and SHPR (226.67 mL H2/g biomass.hours) were obtained at substrate concentration of 21 g glucose/L. Effects of C/N/P/Fe on hydrogen formation yield and rate were analyzed using the Box-Behnken statistical experiment design tool in the software Design-Expert. The optimum C/N/P/Fe ratio resulting highest hydrogen production yield (0.656 mol H2/mol glucose) and SHPR (241.64 mL H2/g biomass.hours) was predicted by the software as 100/5/9/0.3. A confirmation experiment at this condition resulted similar yield (0.525 moL H2/mol glucose) and SHPR (243.14 mL H2/g biomass.hours) indicating the reliability of the model.