Boraksın bipolar membranlı bir hücrede eleketrolizi ile Borik asit ve Sodyum hidroksit üretimi
Boric acid and Sodium hydroxide production with electrodialysis of boraxin a bipolar membrane cell
Yazar: JÜLİDE ERKMEN
Danışman: PROF. DR. SİNAN YAPICI
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Boraks = Borax ; Sodyum hidroksit = Sodium hydroxide

Özet:
Bu çalışmada borun oksi asidinin tuzu olan boraksın, ticari membran türleri olan PC Acid 60-ED anyon değişim, PC SK-ED katyon değişim ve bunların ikisinin bileşiminden oluşan özel bir membran türü olan bipolar membranların kullanıldığı üç odalı bir elektrodiyaliz hücresinde elektrodiyalizi yapılarak, boraks çözeltisinden borik asit ve sodyum hidroksit üretimi incelenmiştir.Deneylerde boraks çözeltisi konsantrasyonunun (0,025M ? 0,05M ? 0,075M ? 0,1M) değerlerindeki değişiminin, çözeltilerin besleme hızının (0,38lt/dak- 0,5lt/dak- 0,75lt/dak) değerlerindeki değişiminin, uygulanan potansiyelin (5V- 7,5V- 10V- 12,5V- 15V) değerlerindeki değişiminin ve sıcaklığın (25Co- 40Co- 50Co- 60Co- 70Co- 80Co) değerlerindeki değişimin sodyum hidroksit ve borik asit üretimi üzerindeki etkileri incelenmiştir.Çalışmanın sonucunda, üç odalı bipolar membranlı bir hücrede boraksın elektrodiyalizi ile herhangi bir zararlı atık olmadan borik asit ve sodyum hidroksit üretimi yapılmıştır. Çalışmada uygulanan potansiyel, konsantrasyon, akış hızı ve sıcaklık artıkça asit ve baz üretim hızının arttığı görülmüştür..En uygun çalışma koşulları; 25oC sabit sıcaklıkta çalışılacak olursa 0,5 l/dak akış hızı, 0,1 M başlangıç konsantrasyonu ve 15V çalışma potansiyeli olarak belirlenmiştir. Bu çalışmada akım verimi % 99,11, ortalama akım yoğunluğu 3,45 mA/cm2 ve enerji tüketimi 4,077539 kWh/kg olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, aynı çalışma için ürün saflığı %99,12 NaOH ve % 99,52 H3BO3 olarak hesaplanmıştır. Bu koşullarda 1 mol NaOH ve 2 mol H3BO3 elde etmek için 0,5 mol boraksın işlenmesi gerekmektedir. Bu işlem için harcanan enerji 0,412 kWh pompa ve sirkülatör için 12,01 kWh olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
In this study, it is examined that production process of sodium hydroxide and boric acid by making electro dialysis in a three chamber electro dialysis cell where it is used oxy acid salt of boron borax, commercial membrane types of PC Acid 60-ED anion exchange, PC SK-ED cation exchange and bipolar membrane a kind of special membrane that a combination of two of them.In the experiments, it is analyzed that the affects of values exchange of (0,025M ? 0,05M ? 0,075M ? 0,1M) the concentration of borax solution, values exchange of (0,38L/min- 0,5L/min- 0,75L/min) feed speed, values exchange of (5V- 7,5V- 10V- 12,5V- 15V) applied potential and values exchange of (25Co- 40Co- 50Co- 60Co- 70Co- 80Co) heat on production process of sodium hydroxide and boric acid.On the conclusion of study, in a three chamber electro dialysis cell with bipolar membrane by making electro dialysis of borax, it is performed that the production of sodium hydroxide and boric acid with no harmful waste material. Besides, in the study when getting increased applied potential, concentration, flow rate and heat, it is seen that it is increased production speed of acid and base.If studied on the constant temperature of 25 ° C, the best operating conditions are defined as 0, 5 l / min flow rate, initial concentration of 0.1 M and the working potential of 15V. In this study, it is calculated that the current yield is 99.11%, the average current density is 3,45 mA/cm2 and energy consumption is 4.077539 kWh / kg. In these circumstances, to obtain 1mol of NaOH and 2 mol of H3BO3, it is required 0.5 mol borax to be processed. In this process 12.01 kWh of energy was used for electrodialysis cell and 0,412 kWh for the circulator pump.