Oleik asit içeriği yüksek atık ayçiçek yağından katalitik olarak biyodizel üretimi
Catalytic biodiesel production by using high oleic acid content waste sunflower oil
Yazar: MELİKE İMGE ŞENOYMAK TARAKÇI
Danışman: DOÇ. DR. OĞUZHAN İLGEN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyodizel = Biodiesel

Özet:
Bu çalışmada, farklı heterojen asidik katalizörler varlığında oleik asit içeriği yüksek atık ayçiçeği yağı veya saf oleik asit kullanılarak elde edilen biyodizel üretim sürecinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, Amberlit 46, Purolite CT275DR ve Zr(SO4)2 katalizörleri varlığında gerçekleştirilen biyodizel üretimi için tüm reaksiyon parametreleri incelenmiş, en uygun reaksiyon koşulları belirlenmiş ve tüm katalizörlerin yeniden kullanılabilirliği araştırılmıştır. Çalışılan katalizörler arasında, en iyi sonucu veren Zr(SO4)2 katalizörünün hem oleik asit içeriği yüksek atık ayçiçeği yağı hem de saf oleik asit ile gerçekleşen biyodizel tepkimesindeki kinetiği de incelenmiştir.
Oleik asit içeriği yüksek atık ayçiçeği yağı ve metanolün Zr(SO4)2 katalizörü varlığında en yüksek yağ asidi metil ester içeriği, 9/1 metanol/yağ molar oranı, ağırlıkça %3 katalizör miktarı, 4 saat reaksiyon süresi ve 115°C reaksiyon sıcaklığında %90,28 olarak elde edilmiştir. Katalizörün yeniden kullanılabilirlik testlerinde ise 3. kullanımdan sonra aktivitesinde şiddetli bir düşüş olduğu görülmüştür. Bu düşüşün sebebi, Zr(SO4)2 katalizörünün suda kısmen çözünebilir olması ve katalizöre her bir kullanımdan önce uygulanan filtrasyon ve yeniden reaktöre yükleme işlemleri sırasında oluşan madde kayıplarıdır. Saf oleik asit ve metanolün Zr(SO4)2 katalizörü varlığındaki en yüksek serbest yağ asidi dönüşümü ise 9/1 metanol/oleik asit molar oranı, ağırlıkça %3 katalizör miktarı, 2 saat reaksiyon süresi ve 67°C reaksiyon sıcaklığında %98 olarak elde edilmiştir. Katalizörün yeniden kullanılabilirlik testlerinde üçüncü kullanımdan sonra serbest yağ asidi dönüşümünde şiddetli bir düşüş olduğu görülmüştür. Yapılan analiz ve çözünme testleri sonucu katalizörün çözünmüş olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, it was aimed to investigate the biodiesel production process obtained by high oleic acid content waste sunflower oil or pure oleic acid in the presence of different heterogeneous acidic catalysts. For this purpose, all reaction parameters and most appropriate reaction conditions were investigated for the biodiesel production process in the presence of Amberlyst 46, Purolite CT275DR and Zr(SO4)2 catalysts. Also reusability tests were performed for all used catalysts. Chemical kinetics of the biodiesel reactions with high oleic acid content waste sunflower oil and pure oleic acid were determined with Zr(SO4)2 catalyst which yields the best results among the studied catalysts.
The highest FAME yield was obtained as 90.28% under the reaction conditions of 9/1 methanol/oil molar ratio, 3 wt.% catalyst amount, 4 hours reaction time and 115°C reaction temperature between the reaction of high oleic acid content waste sunflower oil and methanol in the presence of Zr(SO4)2 catalyst. In the reusability tests of the catalyst, a severe decrease was observed after the 3rd use of the catalyst. The reasons of this reduction in activity are because of partial solubility of Zr(SO4)2 catalyst in water and catalyst loss during filtration and recharging to the reactor after each use. The highest FFA conversion was obtained as 98% under the reaction conditions of 9/1 methanol/oil molar ratio, 3 wt.% catalyst amount, 2 hours reaction time and 67°C reaction time between the reaction of pure oleic acid and methanol in the presence of Zr(SO4)2 catalyst. In the reusability tests of the catalyst, a severe decrease was observed after the 3rd use of the catalyst. The catalyst leaching was determined by the analysis and leach tests.