Karbon dioksit ile piperazin ve piperazin-sterik engelli amin karışımlarının reaksiyon kinetiği
Reaction kinetics of carbon dioxide with piperazine and piperazine-sterically hindered amine mixtures
Yazar: FATMA PINAR GÖRDESLİ
Danışman: PROF. DR. ERDOĞAN ALPER
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Piperazin = Piperazine

Özet:
Karbondioksitin amin çözeltilerine kimyasal reaksiyonlu absorpsiyonu çok yaygın olarak kullanılan kanıtlanmış bir teknolojidir. Ancak, artan enerji maliyetleri nedeniyle, karbondioksitin ekonomik ayrıştırılmasını sağlayacak çözücülerin araştırılması önem kazanmıştır. Bu amaçla sunulan tez kapsamında karbondioksitle çok hızlı reaksiyona girebilen ve kararsız karbamat oluşturabilen piperazin aktiveli sterik engelli amin karışımları oluşturulmuş ve karbondioksitle reaksiyon kinetikleri incelenmiştir.Çalışmanın ilk kısmında, sulu ve susuz ortamlarda piperazin başta olmak üzere, n-metilpiperazin (NMP) ve sterik engelli aminler; 2-amino-2-metil-1,3-propandiol (AMPD) ve 2-amino-2-etil-1,3-propandiol (AEPD) ile karbondioksit reaksiyonu birinci derecemsi hız sabitleri, farklı konsantrasyonlarda ve sıcaklıklarda, reaksiyon hızlarının doğrudan elde edilmesine olanak sağlayan ?durdurulmuş-akış? tekniği ile ölçülmüştür. Termoleküler reaksiyon mekanizması eşitlikleri ile ölçülen hız sabitleri analiz edilerek ileri yöndeki reaksiyon hız sabitleri elde edilmiştir.Karbondioksitle reaksiyonlarındaki kinetik verileri elde edilen piperazin, AMPD ve AEPD kullanılarak, piperazin-AMPD ve piperazin-AEPD olmak üzere iki tür piperazin aktiveli sterik engelli karışım hazırlanmış ve durdurulmuş-akış tekniği ile birinci derecemsi reaksiyon hız sabitleri ölçülmüştür. Bu hız sabitlerinin analizi için, termoleküler reaksiyon mekanizması esas alınarak, literatürde bulunmayan ve karbondioksitin amin karışımlarıyla reaksiyonunda geçerli olabilecek kinetik eşitlikler önerilmiştir. Bu eşitliklerle ölçülen hız sabitleri analiz edilerek karışımların ileri yöndeki reaksiyon hız sabitleri elde edilmiştir.Son olarak, önerilen eşitliklerle karbondioksit-amin karışımları reaksiyonu birinci derecemsi hız sabitlerinin 5% hata ile tahmin edilebildiği gösterilmiştir.Anahtar kelimeler: Karbondioksit-amin reaksiyonu, piperazin, sterik engelli amin, karbondioksit absorpsiyonu, durdurulmuş-akım, hızlı reaksiyon kinetiği

Abstract:
The absorption with reversible reaction of carbon dioxide into amine solutions is today the most mature technology and has found widespread application for capturing carbon dioxide. However, research on novel solvents capable of economical carbon dioxide capture gained importance due to rising fuel costs. For this purpose, in the scope of this thesis; piperazine activated sterically hindered amine blends, which can react with carbon dioxide at high reaction rates and have unstable carbamates, were formulated and the reaction kinetics of carbon dioxide with these amine blends were investigated.In the first part of the study, the pseudo first order rate constants of the reactions between carbon dioxide and piperazine in the first place, then n-methylpiperazine and sterically hindered amines; 2-amino-2-methyl-1,3-propanediol (AMPD) and 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol (AEPD) were measured at different concentrations and temperatures in aqueous and non-aqueous media by using a novel direct method, stopped-flow technique. By analyzing the measured rate constants with the equations of termolecular reaction mechanism, forward reaction rate constants were obtained.After evaluation of the kinetic data of the reactions between carbon dioxide and piperazine, AMPD and AEPD, the pseudo first order reaction rate constants of the two kinds of piperazine activated sterically hindered amine mixtures; piperazine-AMPD and piperazine-AEPD were measured by stopped-flow technique. In order to analyze the measured rate constants of the blends; kinetic equations, which are not found in the literature and considered to be valid for the reactions of carbon dioxide and amine blends, were proposed in principle of termolecular reaction mechanism . By using the proposed equations, forward reaction rate constants of the amine blends were obtained.Finally by using the proposed equations, estimation with 5% error of the pseudo first order reaction rate constants of the amine blends, was shown.Keywords: Carbon dioxide-amine reaction, piperazine, sterically hindered amine, carbon dioxide absorption, stopped-flow, fast reaction kinetics