Pirinç kabuğu külünden üretilen magnezyum silikatın yüzey alanını etkileyen parametrelerin belirlenmesi
Determination of parameters that affect surface area of magnesium silicate produced from rice hull ash
Yazar: NURSEN BİLGİN
Danışman: DOÇ. DR. ÖZGÜL ÖZCAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, pirinç kabuğu külünden üretilen magnezyum silikatın yüzey alanına etki eden parametreler incelenmiştir. Bu amaçla öncelikle pirinç kabuğu külü sodyum hidroksit ile kaynatılarak silis içeriği sodyum silikat çözeltisi halinde ekstrakte edilmiştir. Bu şekilde elde edilen sodyum silikat çözeltisine daha sonra magnezyum sülfat ilave edilerek oda sıcaklığında magnezyum silikat çöktürülmüştür. Çalışmanın ikinci aşamasında ise, üretilen magnezyum silikatın yüzey alanına etki eden parametreler belirlenmiştir. Bu parametreler, karıştırma hızı, karıştırma süresi, reaktan konsantrasyonu ve reaksiyon ortamına yüzey aktif madde ilavesidir.Yapılan deneyler sonunda, reaksiyon sırasındaki karıştırma hızının artması ile tane boyutunun azaldığı ve yüzey alanının arttığı saptanmıştır. Karıştırma süresinin ise tane boyutu ve yüzey alanını etkilemediği bulunmuştur. Reaktan konsantrasyonunun yani stokiyometrik oranlardan farklı miktarda kullanılan magnezyum sülfatın da üretilen magnezyum silikatın yüzey alanını etkilediği bulunmuştur. Stokiyometrik oranın üzerindeki reaktan konsantrasyonu üretilen magnezyum silikatın yüzey alanını artırmaktadır.Deneyler sonucunda reaksiyon ortamında yüzey aktif maddenin bulunmasının, üretilen magnezyum silikatın yüzeyini çok önemli derecede etkilediği ve yüzey alanını artırdığı saptanmıştır. Deneylerde katyonik, anyonik, non-iyonik ve amfoterik olmak üzere dört çeşit yüzey aktif madde kullanılmıştır. En büyük yüzey alanı artışı non-iyonik yüzey aktif madde kullanılarak çöktürülen magnezyum silikatta gözlenmiştir. Non-iyonik yüzey aktif madde kullanılarak çöktürülen magnezyum silikatın yüzey alanı 710 m2/g olarak bulunmuştur. Aynı koşullarda, saf ortamda (yüzey aktif madde kullanılmadan) üretilen magnezyum silikatın yüzey alanı ise 613 m2/g'dır. Benzer şekilde katyonik ve amfoterik yüzey aktif maddeler de, üretilen magnezyum silikatın yüzey alanını 690 m2/g değerinin üzerine çıkarmışlardır. Yalnızca anyonik tip yüzey aktif maddeli ortamda üretilen magnezyum silikatın yüzey alanında saf ortama göre önemli bir değişiklik saptanmamış olup, 651 m2/g değeri elde edilmiştir. Bu sonuçlar son yıllarda literatürde bu konuda yapılmış olan çalışmalar ile de paralellik göstermektedir.Çalışmanın son aşamasında ise oleik asit, kullanılmamış ve iki kez kullanılmış kızartma yağının hem saf ortamda ve hem de yüzey aktif maddeli ortamda üretilen magnezyum silikat yüzeyine adsorpsiyonları incelenmiştir. Yapılan FTIR incelemeleri sonunda yüzey aktif madde kullanılmadan üretilen magnezyum silikata hem oleik asit hem de kullanılmış ve kullanılmamış ayçiçek yağı sadece fiziksel olarak adsorplandığı belirlenmiştir. Yüzey aktif maddelerin varlığında üretilen magnezyum silikat yüzeyinde ise, fiziksel adsorpsiyona ek olarak kimyasal adsorpsiyonun da gerçekleştiği saptanmıştır.

Abstract:
In this study, magnesium silicate was produced from rise hull ash and parameters that affect the surface area were determined. For this purpose, silica is extracted as sodium silicate solution by boiling rise hull ashes with sodium hydroxide.By addition a magnesium salt into the sodium silicate solution obtained as explained above magnesium silicate is precipitated in the room temperature. In the second part of study, the parameters that affect the surface area of magnesium silicate produced were determined. These parameters are; agitation rate, agitation time, reactant quantity of magnesium sulfate and the addition of the surfactants to the media.After the experiments were performed, it was established that the increase of agitation rate decreases the particle size and increases the surface area. But, the mixing duration had no effect on particle size and surface area. It was observed that magnesium sulfate quantities used in non-stoichiometric ratios affected the surface area of the magnesium silicate produced. The quantities over stoichiometric ratio were found to increase the surface area.According to experiment results, it was found that presence of surface active agent in the reaction media had an important effect on the surface area of magnesium silicate and increases the surface area. In the experiments, four different surfactants, namely; cationic, anionic, non-ionic and amphoteric were employed. The highest surface area increase was observed in the magnesium silicate participated by use of non-ionic surface active agent. The surface area of the magnesium silicate precipitated using non-ionic surface active agent was found to be 710 m2/g whereas, the surface area of the magnesium silicate, produced under the same conditions but in pure media (without use of active agent) was observed to be 613 m2/g. Also, Cationic and amphoteric surface active agents increased the surface area of the magnesium silicate products over 690 m2/g. However, The anionic surfactant has very little effect on the surface area. The sample produced in the presence of this type of surfactant has the surface area only 651 m2/g. These results are similar to studies found in recent yeras.In the last part of this study; the adsorptions of oleic acid, used and un-used frying oil on the magnesium silicate products produced in pure medium and the presence of surfactants was investigated. FTIR studies showed that, magnesium silicate produced without surfactants only physically adsorbed the oleic acid, used and un-used frying oils. Besides physical adsorption, oleic acid and un-used frying oil are also chemically adsorbed on the magnesium silicate surface, which was produced in the presence of surfactants.