Tarımsal atıklardan kalsiyum oksit (CaO) katalizör eldesi ve biyodizelde üretim potansiyelin incelenmesi
Obtaining calcium oxide (CaO) catalyst from agri̇cultural wastes and investigation of the production potential in biodiesel
Yazar: AYA ALTERKAOUİ
Danışman: PROF. DR. NADİR DİZGE ; DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜDAVERDİ ARSLAN
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Biyodizel, çevre dostu ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı olarak bitkisel veya hayvansal yağların metanol veya etanol gibi alkollerle transesterifikasyonu yoluyla üretilmektedir. Geleneksel yöntemde homojen katalizörler kullanılmakta olup, bu süreç bazı dezavantajlar barındırmaktadır: reaksiyon sırasında sabun oluşumu, biyodizelin saflaştırılması için aşırı su tüketimi, atık su deşarjı ve katalizörün uzaklaştırılmasının zorlukları gibi sorunlar mevcuttur. Buna karşın, heterojen katalizörlerin (özellikle üstün katalitik aktiviteye sahip olan CaO'in) kullanımı bu süreci basitleştirmekte ve belirtilen olumsuzlukları ortadan kaldırmaktadır. Bu çalışma, kalsiyum açısından zengin tarımsal atıklarından elde edilen heterojen katalizörlerin biyodizel üretiminde kullanımını araştırmayı amaçlamaktadır.
Çalışmada, kalsinasyon yöntemiyle CaCO3 içeren ve tarımsal atık olarak değerlendirilen zeytin çekirdeğinden heterojen katalizör elde edilmiştir. Hazırlanan katalizörün, XRD, XRF ve SEM-EDX ile karakterizasyon analizleri gerçekleştirilmiştir. Karakterizasyon analizleri sonucunda ZÇ'nin ana bileşeninin CaCO3 olduğu ortaya çıkmıştır. Zeytin çekirdeği (ZÇ)'nin 900 °C'de iki saat boyunca kalsine edilmesiyle %51,8 verimle CaO katalizörü elde edilmiştir. Üretilen CaO katalizörünün atık yemek yağları kullanılarak transesterifikasyon yoluyla sıcaklık, süre, Metanol/Yağ molar oranı ve katalizör miktarı gibi biyodizel üretim parametreleri optimize edilmiştir. Optimizasyon deneyleri RSM deney tasarımı kullanılarak tasarlanmıştır. Optimizasyon deneyleri sonucunda 60 °C, 180 dakika, 10/1 M/Y Ms oranı ve ağırlıkça %5 katalizör miktarı kullanılarak %96,3'lük biyodizel üretimi elde edilmiştir. Ayrıca, atık zeytin çekirdeğinden elde edilen CaO bazlı katalizör, beş döngüye kadar yeniden kullanım kapasitesi göstermiştir. Sonuç olarak atık zeytin çekirdeğinden üretilen CaO katalizörü ile başarılı bir şekilde biyodizel üretimi gerçekleşmiştir.

Abstract:
Biodiesel is produced by transesterification of vegetable or animal fats with alcohols such as methanol or ethanol as an environmentally friendly and sustainable energy source. In the traditional method, homogeneous catalysts are used, and this process has some disadvantages: soap formation during the reaction, excessive water consumption for purification of biodiesel, wastewater discharge and difficulties in removing the catalyst. On the other hand, the use of heterogeneous catalysts (especially CaO, which has superior catalytic activity) simplifies this process and eliminates the mentioned disadvantages. This study aims to investigate the use of heterogeneous catalysts obtained from calcium-rich agricultural wastes in biodiesel production.
In the study, heterogeneous catalyst was obtained from olive pits containing CaCO3 by calcination method and evaluated as agricultural waste. Characterization analyzes of the prepared catalyst were carried out by XRD, XRF and SEM-EDX. As a result of the characterization analyzes, it was revealed that the main component of ZÇ was CaCO3. CaO catalyst was obtained with 51.8% yield by calcining olive pits (ZÇ) at 900 °C for two hours. Biodiesel production parameters such as temperature, time, Methanol:Oil molar ratio and catalyst amount were optimized by transesterification of the produced CaO catalyst using waste cooking oils. Optimization experiments were designed using RSM experimental design. As a result of the optimization experiments, 96.3% biodiesel production was obtained by using 60 °C, 180 minutes, 10/1 M/Y molar ratio and 5% catalyst amount by weight. In addition, the CaO-based catalyst obtained from waste olive pits has shown a reuse capacity of up to five cycles. As a result, biodiesel production has been successfully achieved with the CaO catalyst produced from waste olive seeds.