Polimer esaslı bazı atıklarla farklı biyokütle karışımlarının birlikte hidrotermal ve katalitik termal karbonizasyonu ve elde edilen karbonize ürünlerin karakterizasyonu
Hydrothermal and catalytic thermal carbonization of some polymer-based waste and different biomass mixtures and characterization of the obtained carbonized products
Yazar: YELİZ TOPTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. YUNUS ÖNAL
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyoyakıtlar = Biofuels

Özet:
Bu tez çalışmasında kayısı çekirdeği kabuğu (KÇK), antep fıstığı kabuğu (AFK), şeftali çekirdeği kabuğu (ŞÇK) ile eldiven (nitril), maske, ıslak mendil hammaddeleri ayrı ayrı ve birlikte termal, katalitik termal ve hidrotermal karbonizasyon yöntemleri ile karbonize edilmiştir. Karbonize ürünlerin birbirleri ile olan etkileşimleri yapısal olarak incelenmiştir. Birinci aşamada biyokütleler ile atık polimerlerin (1:1 oranında) termal karbonizasyon yöntemi ile 400, 500, 600°C sıcaklıkta, 10, 30, 50°C/dk ısıtma hızlarında, 1 saat süresince inert atmosferde karbonizasyonu yapılmıştır. Bu aşamada, sıcaklığın, ısıtma hızının ve reaksiyon süresinin, hammadde ve biyokütle-polimer karışımlarının katı, sıvı ve gaz verimlerine etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre en yüksek karbonize katı ürün verimi %33,44 ile şeftali çekirdeği kabuğu ile maske karışımına ve en yüksek sıvı verimi %69,08 ile ıslak mendile aittir. Elde edilen sıvı ürünlerin fraksiyonları GC-MS analizi ile belirlenmiştir. Karbonize sıvı ürünlerin yapısında guaiacol, fenol, eugenol, ısoeugenol, vanilin, furfuril alkol ve oktaetilen glikol gibi bileşikler saptanmıştır. Katı ürünler ise CHNS, FT-IR, XRD, SEM, TGA-DSC yöntemleri ile karakterize edilmiştir. İkinci aşamada biyokütle-atık polimer karışımlarından katı ve sıvı verimi düşük olan örnekler belirlenmiştir. Karbonize katı ve sıvı eldesinde, karbon içeriğinin yüksek olmasının sağlanması ve gözenekliliğin arttırılması amacıyla pirinç kabuğu külünün katalitik etkisi araştırılmıştır. Bazı örneklerde, pirinç kabuğu külü ilavesi ile karbonize ürünlerin katı verimleri artarken sıvı verimleri değişmemiştir. Katalitik termal karbonizasyon sonucu elde edilen katı karbonize ürünler FT-IR, XRD ve SEM yöntemleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Üçüncü aşamada biyokütle-atık polimer (1:1 oranında) karışımları hidrotermal karbonizasyon yöntemi ile 250°C sıcaklıkta, 20 g biyokütle-atık polimer karışımı ve 150 mL saf su varlığında, 2 saat süresince hidrotermal olarak karbonize edilmiştir. Elde edilen sıvı ürünler GC-MS analizi ile, katı ürünler ısıl değer, FT-IR ve SEM analizleri ile karakterize edilmiştir. Karbonize katı ürünlerde en yüksek ısıl değer 10917.77 kalori/g ile karbonize maskeye aittir.

Abstract:
In this thesis, apricot kernel shell (KÇK), pistachio shell (AFK), peach kernel shell (SÇK) and glove (nitrile), mask, wet wipe raw materials were carbonized separately and together by thermal, catalytic thermal and hydrothermal carbonization methods. The interactions of carbonized products with each other were structurally examined. In the first stage, thermal carbonization was performed on biomass and waste polymers (1:1 ratio) at temperatures of 400, 500, and 600°C, with heating rates of 10, 30, and 50°C/min for a duration of 1 hour under inert atmosphere. At this stage, the effects of temperature, heating rate and reaction time on solid, liquid and gas yields of raw materials and biomass-polymer mixtures were investigated. According to the results, the highest carbonized solid yield was obtained with the mixture of peach kernel shell and mask with a yield of 33.44%, while the highest liquid yield of 69.08% was achieved with wet wipes. The fractions of the obtained liquid products were determined by GC-MS analysis. Compounds such as guaiacol, phenol, eugenol, isoeugenol, vanillin, furfuryl alcohol and octaethylene glycol were determined in the structure of carbonized liquid products. The solid products were characterized using CHNS, FT-IR, XRD, SEM, and TGA-DSC methods In the second stage, samples with low solid and liquid yields were determined from biomass-waste polymer mixtures The catalytic effect of rice husk ash was investigated in order to ensure high carbon content and increase porosity in the production of carbonized solids and liquids In some samples, the solid yields of carbonized products increased with the addition of rice husk ash, while the liquid yields did not change. Solid carbonized products obtained as a result of catalytic thermal carbonization were characterized using FT-IR, XRD and SEM methods In the third stage, mixtures of biomass-waste polymer (1:1 ratio) were hydrothermally carbonized by hydrothermal carbonization method at 250°C in the presence of 20 g of biomass-waste polymer mixture and 150 mL of distilled water for 2 hours. The liquid products obtained were characterized using GC-MS analysis, while the solid products were characterized through calorific value, FT-IR, and SEM analyses. The carbonized mask exhibited the highest calorific value of 10,917.77 cal/g among the carbonized solid products.