Koaservasyon yöntemi ile faz değişim maddesi içeren mikrokapsüllerin geliştirilmesi
Development of microcapsules containing phase change material by coacervation method
Yazar: MERYEM İLYA
Danışman: DOÇ. DR. GÜLŞEN ALBAYRAK ARI
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Enerji tasarrufu için son zamanlarda enerjinin depolanması konusuna yönelim olmuştur. Enerji depolama yöntemleri arasında en ekonomik ve verimli olan yöntem ısıl enerji depolamadır. Isıl enerji depolama yöntemlerinden olan gizli ısı depolama yöntemi, faz değiştiren maddeler (FDM, Phase Changing Materials-PCM) ile gerçekleştirilir. Faz değişim maddeleri belirli sıcaklık aralıklarında bir fazdan başka bir faza geçiş yaparak ısıl enerjiyi gizli ısı şeklinde depolama yeteneğine sahiptirler. Enerji, bir faz değişim maddesinin erimesi veya buharlaşması sırasında depolanır. İhtiyaç duyulduğunda faz değişim maddesinin katılaşması veya yoğuşması ile geri kazanılır. FDM' lerin daha etkili kullanılması için mikrokapsülleme yöntemleri geliştirilmiştir. FDM' nin kapsüllenmesindeki amaç, etken maddenin kapsül içinde hapsedilerek faz değişimini kapsül içerisinde gerçekleştirmesidir. Mikrokapsüller tekstil, inşaat, gıda, medikal, lojistik gibi birçok uygulama alanında kullanılmaktadır. 
Bu tez çalışması kapsamında basit koaservasyon ve kompleks koaservasyon yöntemi kullanılarak mikrokapsülleme işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu işlemler için duvar malzemesi olarak kitosan ve karboksimetilselüloz, çekirdek malzemesi olarak oleik asit ve palm yağı kullanılmıştır. Morfolojik özelliklerinin belirlenmesinde optik mikroskop analizi gerçekleştirilmiştir. Optik mikroskop görüntüleri incelendiğinde su içinde dağılan yağ fazını oluşturan palm yağı ve oleik asitin küresel damlacıklar oluşturarak dağıldığı, yağ miktarı arttıkça damlacık boyutlarının küçüldüğü belirlenmiştir. Fourier Dönüşüm Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR) ve Termogravimetrik Analiz (TGA) sonuçları literatür ile karşılaştırıldığında hem kompleks hem de basit koaservasyon ile palm yağı ve palm yağı-oleik asit karışımının başarılı bir şekilde kapsüle edildiği sonucuna ulaşılmıştır. Elde edilen mikrokapsüllerin Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) analizleri gerçekleştirilerek ısıl özellikleri belirlenmiştir. Hem mikrokapsüle oleik asitin hem de palm yağı-oleik asit mikrokapsüllerinin erime entalpileri kapsülasyon ile birlikte büyük düşüş göstermiştir.

Abstract:
In recent times, there has been a growing interest in the storage of energy for energy efficiency.  Among the energy storage methods, thermal energy storage is the most economical and efficient. The latent heat storage method, a type of thermal energy storage, is implemented using Phase Changing Materials (PCMs). Phase Changing Materials undergo a transition from one phase to another within specific temperature ranges, enabling them to store thermal energy in the form of latent heat. Energy is stored during the melting or vaporization of a phase change material.  When needed, the energy is recovered by the solidification or condensation of the phase change material.  Microencapsulation has been developed to enhance the effective use of PCMs. The purpose of encapsulating Phase Changing Materials is to trap the active substance inside capsules, facilitating the phase change within the capsule. Microcapsules find applications in various fields such as textiles, construction, food, medical, logistics, and more.
In the context of this thesis, microencapsulation processes were carried out using simple coacervation and complex coacervation methods. Chitosan and carboxymethyl cellulose were used as wall materials, while oleic acid and palm oil were used as core materials. Optical microscope analysis was conducted to determine the morphological features. Examination of the optical microscope images revealed that palm oil and oleic acid, forming the oil phase dispersed in water, created spherical droplets that dispersed, and as the oil content increased, the droplet sizes decreased. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) and Thermogravimetric Analysis (TGA) results, when compared with the literature, indicated successful encapsulation of both palm oil and a mixture of palm oil and oleic acid through both simple and complex coacervation methods. Thermal properties of the obtained microcapsules were determined by performing Differential Scanning Calorimetry (DSC) analysis. The melting enthalpies of both microencapsulated oleic acid and palm oil-oleic acid microcapsules decreased significantly with encapsulation.