Şeker pancarı melası ve küspesinden hidrotermal yöntemle manyetik nanopartikül destekli karbon (MNPDK) üretimi
Magnetic nanoparticle supported carbon (MNSC) production from sugar beet pulp and molasses  by  hydrothermal method
Yazar: LAMİA ÇAKMAK
Danışman: PROF. DR. HAMDİ SONER ALTUNDOĞAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Bu çalışmada, manyetik nano partikül destekli karbon (MNPDK) üretimi, şeker endüstrisi yan ürünleri olan şeker pancarı melasından ve pancar küspesinden hidrotermal karbonizasyon yöntemiyle incelenmiştir. Hidrotermal karbonizasyon sırasında karbonlu ürünlere manyetik özellikler kazandırmak için demir (III) klorür tuzu kullanılmıştır. Tüm deneyler Cevap Yüzey Yöntemi (CYY) ve Merkezi Kompozit Dizayn (MKD) tekniği ile tasarlanmıştır. Şeker pancarı melasından MNPDK üretimi için optimum koşullar, 1,52 M FeCl3 konsantrasyonu, 15,25 g melas miktarı, 147°C hidrotermal karbonizasyon sıcaklığı ve 6,25 st reaksiyon süresi olarak belirlenmiştir. Cevap değeri olarak karbonize ürün verimiyle manyetik kısım ağırlık kesrinden kompoze edilerek tanımlanan manyetik ürün verimi, bu şartlar altında % 2,2 olarak bulunmuştur. Benzer şekilde, şeker pancarı küspesinden MNPDK üretimi için optimum koşullar, 0,52 M FeCl3 konsantrasyonu, 15,25 g küspe miktarı, 130°C hidrotermal karbonizasyon sıcaklığı ve 4,9 st reaksiyon süresi olarak belirlenmiştir. Şeker pancarı küspesi için kompozit manyetik ürün verimi % 18,4 olarak belirlenmiştir. Deneylerde, manyetik karbonize ürün veriminin yanı sıra, karbonize ürünlerin metilen mavisi sorpsiyon kapasiteleri ve hidrotermal karbonizasyon sırasında üretilen glukonik, formik ve asetik asitler gibi bazı organik asitlerin miktarları incelenmiştir. Melas ve küspeden elde edilen karbonize ürünler için maksimum metilen mavisi sorpsiyon kapasiteleri sırasıyla 71,2 ve 70,6 mg/g olarak bulunmuştur. Melas ve küspeden elde edilen maksimum organik asit verimleri sırasıyla ağırlıkça  % 33,1 ve % 23,6 olarak belirlenmiştir. Ayrıca melas ve pancar küspesinden elde edilen manyetik karbonize ürünler için bazı karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Bu amaçla bazı kimyasal analizler, SEM, XRD, FTIR, partikül boyut dağılımı ve N2-BET yüzey alanı analizi yapıldı. Karakterizasyon çalışmaları, melastan ve pancar küspesinden elde edilen manyetik nano partikül içeren karbonize ürünlerin önemli yapısal farklılıklara sahip olduğunu göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: Manyetik nanopartikül; Hidrotermal karbonizasyon; Şeker pancarı; Melas; Küspe

Abstract:
In this study, production of magnetic nanoparticle supported carbon (MNPSC) was investigated by hydrothermal carbonisation method from sugar beet molasses and beet pulp that are sugar industries by-products. Iron (III) chloride salt was used to gain magnetic properties to carbonised products during the hydrothermal carbonisation. All experiments were designed by Response Surface Methodology (RSM) and Central Composite Design (CCD) technique. The optimum conditions for production of MNPSC from sugar beet molasses were determined as 1,52 M of FeCl3 concentration, 15,25 g of molasses amount, 147°C of hydrothermal carbonisation temperature and 6,25 h of reaction time. A composite response value, which is defined magnetic product yield calculated from carbonized product yield and magnetic portion weight ratio, was found as 2,2 % under these optimum conditions. Similarly, the optimum conditions for production of MNPSC from sugar beet pulp were determined as 0.52 M of FeCl3 concentration, 15,25 g of beet pulp amount, 130°C of hydrothermal carbonisation temperature and 4,9 h of reaction time. Composite magnetic product yield for sugar beet pulp was determined as 18,4 %. In the experiments, besides the magnetic carbonized product yield, methylene blue sorption capacities of carbonised products and amounts of some organic acids such as gluconic, formic and acetic acids produced during hydrothermal carbonisation were investigated. Maximum methylene blue sorption capacities were found as 71,2 and 70,6 mg/g for carbonised products obtained from molasses and pulp, respectively. Maximum organic acid production yields by weight from molasses and pulp were determined as 33,1 % and 23,6 %, respectively. In addition, some characterization studies were made for magnetic carbonised products obtained from molasses and beet pulp. For these purpose some chemical analysis, SEM, XRD, FTIR, particle size distribution and N2-BET surface area analysis were made. Characterization studies showed that carbonized products including magnetic nanoparticles obtained from molasses and beet pulp have significant structural differences.

Keywords: Magnetic nanoparticle; Hydrothermal Carbonisation; Sugar Beet; Molasses; Pulp