Alkali hidroliz ön işlem uygulamasının ayçiçeği çekirdeği kabuklarının ısıl bozunma kinetiğine etkisinin incelenmesi
Effect of alkaline hydrolyse pretreatment on the thermal decomposition kinetics of sunflower seed husk
Yazar: ÖZGE KARAKOYUN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖZDE GÖZKE AÇIKALIN
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Alkali işlem = Alkali process ; Ayçiçeği = Sunflower ; Piroliz = Pyrolysis

Özet:
Fosil yakıtların tükenmek üzere olması nedeniyle enerjiye duyulan ihtiyaç artmakta ve 
alternatif enerji kaynaklarına yönelim artmaktadır. Bu durum, kömür, petrol ve 
doğalgazdan sonra dördüncü büyük enerji kaynağı olan biyokütle enerjisine olan 
önemin giderek artmasına yol açmıştır. Yüksek enerji içeriğine sahip biyoyakıtlar 
üretmek için çok çeşitli biyokütle kaynakları kullanılabilir. Ayçiçeği tohumları, yağı 
için yetiştirilen bir yıllık otsu bitkidir. Türkiye'de ayçiçeği bitkisi sıklıkla 
yetiştirilmekte olup atık olarak büyük miktarlarda kabuk çıkmaktadır. 
Termokimyasaldönüşüm prosesi olarak piroliz, biyokütle atık maddelerden enerji 
üretmek için kullanılan yaygın bir yöntemdir. 
Bu çalışmada, üretim kapasitesi yüksek tarımsal bir ürün olan ayçiçeği çekirdeği 
kabuklarına piroliz prosesi öncesi alkali hidroliz uygulamasının piroliz kinetiğine 
etkisi incelenmiştir. Ayçiçeği çekirdeği kabuğunun termogravimetrik analizi üç farklı 
ısıtma hızında (10, 20 ve 40 ºC/dk) ve ortam sıcaklığından 800 ºC'ye kadar 
gerçekleştirilmiştir. Alkali hidroliz için %1, %3 ve %10 NaOH çözeltisi kullanılmıştır. 
Yapılan ısıl karakterizasyon sonucunda, %3 alkali konsantrasyonu içeren çözeltinin 
etkili bir ön işlem için yeterli olduğu sonucuna varılmıştır. Kinetik parametrelerin 
belirlenmesi için, üç farklı kinetik modelle (KAS, FWO, Friedman) aktivasyon 
enerjileri hesaplanmış, ardından Criado'nun master eğriler yöntemiyle reaksiyon 
modelleri belirlenmiş ve son olarak ön üssel faktörler hesaplanmıştır. Buna göre, 
aktivasyon enerjileri hesabında kullanılan her üç yöntem de birbirini destekler nitelikte 
olup, aktivasyon enerjisi değerleri ön işlem uygulandığında yaklaşık olarak 172 
kJ/mol'den 145 kJ/mol değerine düşüş göstermiştir. Reaksiyon modelleri, ön işlem 
uygulanmamış durumda, difüzyon reaksiyon modeliyle başlamış, daha sonra n. 
dereceden reaksiyon modeliyle devam etmiştir. %3 alkali konsantrasyonun 
uygulandığı çalışmada ise, sadece n. dereceden piroliz reaksiyonu gözlemlenmiştir. 
Ön üssel faktörler yaklaşık olarak, 1,0E+12-9,9E+13 aralığında hesaplanmıştır. Son 
olarak, kinetik validasyon çalışması ile, deneysel ve kinetik model çalışmaları 
sonuçları karşılaştırılarak, modellerin doğruluğu ispatlanmıştır.

Abstract:
Due to the fact that fossil fuels are about to run out, the need for energy is increasing 
and the trend towards alternative energy sources is increasing. This situation has led 
to the increasing importance of biomass energy, which is the fourth largest energy 
source after coal, oil ans natural gas. A wide variety of biomass sources can be used to 
produce biofuels with high energy content. Sunflower husks are annual herbaceous 
plant grown for its oil. Sunfower plants are frequently grown in Turkey and large 
amounts of husks are produced as waste. As a thermochemical conversion process, 
pyrolysis is a common method used to generate energy from biomass waste materials. 
In this study, the effect of alkaline hydrolysis application on the pyrolysis kinetics of 
sunflower seed hulls, which is an agricultural product with high production capacity, 
before the pyrolysis process was investigated. Thermogravimetric analysis of 
sunflower seed husk was carried out at three different heating rates (10, 20 ve 40 ºC/dk) 
and from ambient temperature to 800 ºC. 1%, 3% and 10% NaOH solutions were used 
for alkaline hydrolysis. As a result of the thermal characterization, it was concluded 
that the solution containing %3 alkali concentration is sufficient for an effective 
pretreatment. In order to determine the kinetic parameters, the activation energies were 
calculated with three (KAS, FWO, Friedman), then the reaction models were 
determined with the Criado's master curves method, and finally pre-exponantial 
factors were calculated. Accordingly all three methods used in the calculation of 
activation energies support each other, and the activation energy values decreased from 
approximately 172 kJ/mol to 145 kJ/mol when pretreatment was applied. The reaction 
models started with the diffusion reaction model in the untreated state, then n. 
continued with the second-order reaction model. In the study where %3 alkali 
concentration was applied, only n. order pyrolysis reaction was observed. Preexponential factors are calculated approximately in the range of 1,0E+12-9,9E+13. 
Finally, the accuracy of the models was proven by comparing the results of the kinetic 
validation study with the experimental and kinetic model studies.