Bazı eritritol-yağ asidi esterlerinin sentezi, kimyasal karekterizasyonu, enerji depolama özelliklerinin ve ısıl güvenilirliğinin belirlenmesi
Synthesis, chemical characterization, determination of energy storage properties and thermal reliability of some erythritol-fatty acid esters
Yazar: RAMAZAN EROĞLU
Danışman: PROF. DR. AHMET SARI
Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Enerji = Energy ; Enerji depolama sistemi = Energy storage system ; Entalpi = Enthalpy ; Esterler = Esters ; Termal analiz = Thermal analysis ; Termal bozunma = Thermal decomposition ; Termal dayanıklılık = Tehermostability ; Termal dönüşüm = Thermal conversion ; Termal özellikler = Thermal properties

Özet:
Eritritol bir faz değişim maddesi (FDM) olarak; 118.4 ºC erime sıcaklığına ve 379.6 J/g erime ısısına sahiptir. Eritritol'ün erime entalpisi bilinen birçok ticari FDM'ye kıyasla daha yüksek olmasına karşın erime sıcaklığı 0-50 ºC'deki düşük sıcaklık ısı depolama uygulamaları için uygun değildir. Eritritol'ün faz değişim sıcaklığı düşürülerek ısıl enerji depolama alanındaki kullanım potansiyeli genişletilebilir. Bu amaçla bu çalışmada, eritritol tetra stearat (ETS), eritritol tetra palmitat (ETP), eritritol tetra miristat (ETM) ve eritritol tetra laurat (ETL) bileşikleri eritritol'ün stearik, palmitik, miristik ve laurik asit ile esterleştirilmesi yoluyla yeni tip katı-sıvı FDM'ler olarak sentezlendi. Sentezlenen ester bileşikleri; FT-IR ve 1H NMR spektroskopi teknikleri ile kimyasal olarak karakterize edildi. Sentezlenen esterlerin ısı depolama özellikleri DSC analizi ile belirlendi. DSC analizi ile ETP, ETS, ETM ve ETL esterlerinin erime sıcaklıkları ve erime gizli ısıları sırasıyla; 21,93, 30,35, 10,82 ve -9,03 ºC ve 201,10, 208,84 180,90 ve 161,39 J/g olarak ölçüldü. Sentezlenen FDM'lerin ısıl karalılıklarını belirlemek için 1000 kez tekrarlanan erime-katılaşma işlemlerine maruz bırakıldı. Sonuçlar, sentezlenen FDM'lerin iyi bir ısıl güvenirliğe sahip olduklarını gösterdi. Ayrıca, FDM'lerin ısıl karalılıkları TG analizi ile belirlendi. Bununla birlikte, ETP, ETS, ETM ve ETL'nin ısıl iletkenliği %5 (kütlece) genişletilmiş grafit edilmek suretiyle yaklaşık olarak sırasıyla; 25, 32, 28, 25% oranında arttırıldı. Elde edilen tüm sonuçlar dikkate alınarak, yeni katı-sıvı FDM'ler olarak sentezlenen ETS, ETP, ETM ve ETL esterleri; bina ısıtma-soğutma, iklimlendirme akıllı tekstil ürünlerinin üretimi ve yalıtım gibi geniş alanlı ısıl enerji depolama uygulamaları için ümit verici malzeme oldukları sonucuna varılabilir.

Abstract:
The selection of the phase change material (PCM) in the latent heat thermal energy Erythritol as a phase change material (PCM) has melting point of 118.4 ºC and fusion enthalpy of 379.6 J/g. The melting point of erythritol is not suitable for low temperature heat storage applications at 0-50 ºC although it has higher latent heat storage capacity over the major traditional PCMs. The phase change temperature of erythritol can be fall down and therefore its utility potential in thermal energy storage can be expanded. For this aim, in this study, erythritol tetra palmitate (ETP), erythritol tetra stearate (ETS), erythritol tetra myristate (ETM) and erythritol tetra laurate (ETL) were synthesized as novel solid-liquid PCM by means of esterification reaction of the erythritol with stearic, palmitic, myristic and lauric acids. The synthesized ester compounds were characterized chemically using FT-IR and 1H NMR spectroscopy techniques. The energy storage properties of the esters were determined by DSC analysis. The melting temperatures and latent heats of the ETP, ETS, ETM and ETL esters were measured as 21.93, 30.35, 10.82 and -9.03 ºC and 201.10, 208.84 180.90 and 161.39 J/g by DSC analysis, respectively. The synthesized PCMs were subjected to a thermal cycling test including accelerated 1000 melting-freezing processes was conducted in order to determine their thermal reliability. The results showed that the synthesized PCMs had good thermal reliability after thermal cycling test. Thermal stability of the PCMs was also investigated by using TG analysis. Furthermore, the thermal conductivities of ETS, ETP, ETM, and ETL were increased as about 25, 32, 28, 25%, respectively by addition of 5%wt expanded graphite. Based on all results it can be concluded that the synthesized ETS, ETP, ETM and ETL esters synthesized as novel solid-liquid PCMs are promising materials for thermal energy storage applications at large scale such as solar energy storage, building heating or cooling, indoor temperature controlling, production of smart textile and insulation clothing and etc.