Derin ötektik çözücü katalizörlüğünde bitkisel atık yağlardan biyodizel üretimi ve reaksiyon kinetiğinin incelenmesi
Biodiesel production from waste vegetable oils in deep eutectic solvent catalysis and investigation of reaction kinetics
Yazar: ELİF DEMİR
Danışman: PROF. DR. ÖZGÜR SÖNMEZ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Malzemeler ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı / İleri Malzemeler ve Teknolojileri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Yeşil kimya = Green chemistry

Özet:
Biyodizel, petrol dizeline alternatif bir yakıt olarak kabul edilmektedir. Bununla birlikte, hammadde ve katalizörlerin yüksek maliyetleri, biyodizelin büyük ölçekli endüstriyel uygulamalarını engellemektedir. Biyodizel üretiminde kullanılmış atık yağların kullanımı, hem üretim maliyetini düşürecek hem de atık yağların çevreye vermiş olduğu zararlar azaltılmış olacaktır. Bu çalışmada asidik derin ötektik çözücü (DÖÇ) katalizörlüğünde mikrodalga yöntem ile atık yemeklik yağdan biyodizel sentezi gerçekleştirilmiştir. Derin ötektik çözücü, tetraetil amonyum bromür ve p-toluen sülfonik asitten sentezlenmiş ve yapısı 1H-NMR spektroskopisi kullanılarak karakterize edilmiştir. Atık yağdan biyodizel sentezi mikrodalga yöntem ile gerçekleştirilmiş ve test edilen parametreler sıcaklık, zaman, metanol/yağ molar oranı ve katalizör miktarı olmuştur. Test edilen parametreler doğrultusunda en iyi biyodizel dönüşümü %96,6 ile 150° C'de, 2 saat reaksiyon süresinde, 28:1 metanol/yağ molar oranı ve %10 (a:a) katalizör kullanıldığında elde edilmiştir. Ayrıca, belirlenen bu koşullarda geleneksel ısıtma yöntemi biyodizel sentezi gerçekleştirilmiş ve mikrodalga yöntem ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar mikrodalga yöntemin, geleneksel ısıtma yöntemine göre biyodizel sentezinin daha kısa sürede gerçekleştirilebileceğini göstermiştir. Son olarak, reaksiyon kinetiği incelenmiş ve reaksiyonun, 51,24 kJ/mol'lük bir aktivasyon enerjisi (Ea) ve 6,1×104 dk-1'lik bir ön üstel faktör (A) ile sözde birinci dereceden kinetiği izlediği belirlenmiştir.

Abstract:
Biodiesel is considered an alternative fuel to petroleum diesel. However, the high costs of raw materials and catalysts restrict large-scale industrial applications of biodiesel. The use of waste cooking oils used in biodiesel production would both reduce the production cost and reduce the environmental damage of waste cooking oils. In this study, biodiesel synthesis was carried out from waste cooking oil using deep eutectic solvent (DES) as acid catalyst by microwave heating method. DES was synthesized from tetraethyl ammonium bromide and p-toluene sulfonic acid and its structure was characterized using 1H-NMR spectroscopy. Biodiesel synthesis from waste cooking oil was carried out by microwave method and tested parameters were temperature, time, methanol-oil molar ratio, and catalyst amount. In accordance with the tested parameters, the best biodiesel conversion was obtained as 96.6% under the following reaction conditions: 150°C reaction temperature, 2 hours reaction time, 28:1 methanol/oil molar ratio, and 10% (wt) catalyst. In addition, biodiesel synthesis was carried out using the conventional heating method under these determined conditions and compared with the microwave method. The results showed that the microwave method can perform biodiesel synthesis in a shorter time than the conventional heating method. Finally, the reaction kinetics were examined and the reaction followed pseudo-first-order kinetics, with an activation energy (Ea) of 51.24 kJ/mol and a pre-exponential factor (A) of 6.1×104 min−1.