Karboksilli asitlerin sulu ortamlardan sıvı membran tekniği kullanılarak ayrılmasının incelenmesi
Investigation of the separation of carboxylic acids from its aqueous solutions by using liquid membrane techniques
Yazar: BURCU BAŞLIOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET BİLGİN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Ayırma = Separation ; Emülsiyon sıvı membran tekniği = Emulsion liquid membrane technique ; Karboksilik asitler = Carboxylic acids ; Sıvı membran tekniği = Liquid membrane technique

Özet:
Yüksek kalitede doğal ürün elde etmek ve endüstriyel atıklardan toksik veya değerli bileşenleri ayırmak ya da geri kazanmak için etkili ayırma proseslerine ihtiyaç vardır. Membran prosesleri; destilasyon, kristalizasyon ve ekstraksiyon gibi geleneksel ayırma işlemlerine ek olarak alternatif bir ayırma prosesi olarak karşımıza çıkmaktadır.Endüstride geniş bir kullanım alanına sahip olan karboksilli asitlerin doğal yolla üretildiği fermentasyon işleminde karboksilli asitler sulu ortamda bulunmaktadır. Fermentasyon işleminin sağlıklı ve sürekli olması için üretilen asitlerin ortamdan uzaklaştırılmaları gerekir. Benzer şekilde proses yan ürünü olan veya endüstriyel atık sularda bulunan karboksilli asitlerin de çevresel ve ekonomik nedenlerle sulu ortamlardan ayrılmaları istenir.Bu çalışma kapsamında karboksilli asitlerin sıvı membranlarla sulu ortamlardan ayrılmaları incelenmiştir. Elde edilecek olan sonuçların değerlendirilmesi ve klasik çözücü ekstraksiyonu ile karşılaştırılabilmesi için (su + karboksilli asit + çözücü) üçlü sistemlerine ait sıvı ? sıvı denge verileri 298.15 K'de deneysel olarak tayin edilmiştir. Temel asitler olarak formik ve valerik asit, çözücü olarak dietil sebakat, dietil süksinat, dietil malonat, izoamil alkol, etil kaprilat ve etil valerat kullanılmıştır. Ayrıca sıvı membran sistemlerinde besleme fazından membran fazına kütle taşınımı reaktif ekstraksiyonla olduğundan incelenenen sıvı membran sistemlerinin performanslarını değerlendirmek amacıyla, salt reaktif ekstraksiyon denemeleri de yapılmıştır. Bu denemelerde reaktan olarak dibenzil amin ve tripropil amin farklı seyrelticiler içinde seyreltilerek kullanılmıştır.Sıvı membran olarak yukarıda belirtilen amin ve çözücülerden oluşan kütlesel ve emülsiyon sıvı membranlar hazırlanmış ve karboksilli asitlerin (formik, asetik, propiyonik, valerik asit) sulu çözeltilerinden ayrılmaları incelenmiştir. Kütlesel sıvı membran sistemlerine ait denemelerde membran fazındaki karıştırmanın, asit türünün, başlangıç asit konsantrasyonunun, taşıyıcı türünün ve konsantrasyonunun, seyrelticilerin ve sıyırma fazı konsantrasyonunun ayırma üzerine etkileri gözlenmiştir. Emülsiyon sıvı membran denemelerinde ise bunların yanısıra karıştırma ve dinlendirme sürelerinin de ayırma işlemi üzerine etkileri incelenmiştir. Emülsiyon oluşturucu yüzey aktif madde olarak Span 80 ve Span 85 kullanılmıştır.Genel olarak, karboksilli asitleri sulu çözeltilerinden ayırmada sıvı membranların salt reaktif ekstraksiyon işlemlerine göre daha etkili bir ayırma yöntemi olduğu ve kütlesel sıvı membranların emülsiyon sıvı membranlara göre daha yüksek etkinlik gösterdiği görülmüştür.

Abstract:
Efficient separation processes are needed in order to obtain high quality natural products and to separate or recover the valuable or toxic components from industrial wastes. Membrane processes are regarded as an alternative separation process to conventional separation techniques such as distillation, crystallization and extraction.Carboxylic acids which are widely used in industry exist as aqueous solutions in the fermentation processes where they are produced naturally. In order to perform a continuous process, the produced acids must be removed from the fermentation broth. Similarly, carboxylic acids existing as process by-product or in industrial wastewater should also be required to remove from aqueous media because of environmental and economic reasons.In this study, the separation of carboxylic acids from aqueous solutions with liquid membranes was investigated. For the evaluation of the obtained results and comparing it with the conventional solvent extraction method, liquid ? liquid equilibrium data of (water + carboxylic acid + solvent) ternary systems were determined experimentally at 298.15 K. Formic and valeric acids were specified as basic acids and diethyl sebacate, diethyl succinate, diethyl malonate, isoamyl alcohol, ethyl caprylate and ethyl valerate were used as solvents. On the other hand, reactive extraction experiments were also performed to evaluate the performance of investigated liquid membrane systems, because the mass transport process between feed and membrane phases in liquid membranes occur with reactive extraction. In these experiments, dibenzyl amine and tripropyl amine dissolved in various diluents were used as reactants.Bulk and emulsion liquid membranes containing above mentioned amines and solvents were prepared as liquid membranes, and thus the separation of carboxylic acids (formic, acetic, propionic, and valeric acids) from its aqueous solutions was investigated. In the bulk liquid membrane experiments, the effects of the mixing of membrane phase, the acid type, the initial acid concentration, the type and concentration of the carrier, the diluents, and the concentration of stripping phase on the separation process were observed. In addition of these, the effects of mixing and settling times on the separation were also studied in the emulsion liquid membrane experiments. Span 80 and Span 85 were used as emulgators.In general, it was observed that liquid membranes were more effective separation techniques than reactive extraction for the separation of carboxylic acids from aqueous solutions, and bulk liquid membranes present higher efficiency than emulsion liquid membranes.