Trona cevherinin termal bozunma sonucu kinetik ve termodinamik paramatrelerin incelenmesi
Investigation of kinetic and thermodynamic parameters as a result of thermal decomposition of trona ore
Yazar: CEREN EDA DELİKURT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MELTEM KIZILCA
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimyasal Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Amaç: Türkiye doğal bir soda minerali olan Trona açısından dünyanın ikinci büyük rezervine sahip olarak büyük bir avantaja sahiptir. Solvay metodu ile elde edilen soda üretimine alternatif olarak Trona cevherinden ekonomik ve çevre dostu karmaşık olmayan proses tasarlamak için kinetik ve termodinamik parametrelerin hesaplanması ve reaksiyon mekanizması belirlenmesi amaçlanmıştır. 
Yöntem: Çalışmada Trona cevherinin termogravimetrik analiz (TGA/DTG) yöntemleriyle yüksek sıcaklıkta termal bozunma davranışları incelenmiştir. 298-973K sıcaklık aralığında azot ortamında 2, 5, 10, 20 ve 30 K.min-1 ısıtma hızlarında gerçekleştirilmiştir. Flynn-Wall-Ozawa (FWO), Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) ve model bazlı metot Coats-Redfern (CR) metodu ile aktivasyon enerjisi hesaplanmıştır. Reaksiyon mekanizması ve pre-exponential faktör ise Coats-Redfern metodu ile belirlenmiştir. Termodinamik özellikler, termodinamik eşitlikler kullanılarak hesaplanmıştır. Cevher X ışını floresansı XRF, X ışınları difraktometresi (XRD), taramalı elektron mikroskopu (SEM-EDS) ve Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) analizi ile karakterize edilmiştir.
Bulgular: FWO ve KAS metoduna göre hesaplanan ortalama değerleri Ea: FWO 130,79 kj.mol-1; KAS için ise 122,87 kj.mol-1; 𝛥H değerleri: FWO 127,58 kj.mol-1; KAS için ise 119,65 kj.mol-1; 𝛥S değerleri: FWO 51,38; KAS için ise 30,38 kj.mol-1; 𝛥G değerleri: FWO 107,69 kj.mol-1; KAS için ise 107,90 kj.mol-1olarak hesaplanmıştır. FWO ve KAS metoduna göre hesaplaman aktivasyon enerjilerine göre reaksiyon modeli ise çekirdeklenme (P4) olarak belirlenmiştir.
Sonuç: Trona cevherinin termal bozunma süreçlerinin geliştirilebilmesi, tasarlanabilmesi ve optimize edilebilmesi mümkün olabileceğinden yapılan çalışma ile mevcut çalışmanın değerlendirilmesine olanak sağlayacak ve sanayi sektöründe yenilenebilir, çevre dostu proseslerin tasarlanabilmesinin önü açılacaktır.
Anahtar Kelimeler: Trona, TGA, DTG, FWO-KAS metodu, CR metodu, Kinetik, Termodinamik

Abstract:
Objective: Turkey has a great advantage in terms of Trona, a natural soda mineral, by having the second largest reserves in the world. It aims to calculate the kinetic and thermodynamic parameters and determine the reaction mechanism to design an economical and environmentally friendly uncomplicated process from Trona ore as an alternative to soda production obtained by the Solvay method. 
Method: In this study, the high temperature thermal degradation behavior of Trona ore was investigated by thermogravimetric analysis (TGA/DTG) methods. It was carried out at heating rates of 2, 5, 10, 20 ve 30 K.min-1 in a nitrogen environment in the temperature range of 298-973K. Activation energies were calculated by Flynn-Wall-Ozawa (FWO), Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) and model-based method Coats-Redfern (CR). The reaction mechanism and pre-exponential factor were determined by Coats-Redfern method. Thermodynamic properties were calculated using thermodynamic equations. The ore was characterized by X-ray fluorescence XRF, X-ray diffractometer (XRD), scanning electron microscopy (SEM-EDS) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) analysis.
Results: The average values calculated according to FWO and KAS method are Ea : 130.79 kj.mol-1 for FWO and 122.87 kj.mol-1 for KAS; 𝛥H values: FWO 127.58 kj.mol-1; KAS 119.65 kj.mol-1; 𝛥S values: FWO 51.38 and KAS 30.38 kj.mol-1; 𝛥G values: FWO 107.69 kj.mol-1 and KAS 107.90 kj.mol-1 were calculated.
Conclusion: Since it is possible to develop, design and optimize the thermal degradation processes of Trona ore, this study will enable the evaluation of the existing work and pave the way for the design of renewable, environmentally friendly processes in the industrial sector.
Keywords: Trona, TGA, DTG, FWO-KAS method, CR method, Kinetics, Thermodynamics