Farklı katalizör varlığında ve reaksiyon şartlarında perasetik asit eldesinin incelenmesi
Investigation of peracetic acid production in the presence of different catalysts and under different reaction conditions
Yazar: MELİKE TAŞ
Danışman: PROF. DR. GÜLİN SELDA POZAN SOYLU
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Geleneksel temizlik yöntemlerinin yetersizliği nedeniyle hastane ortamlarında dezenfeksiyon için çeşitli kimyasallar kullanılır. Ancak, bu dezenfektanlar göz, burun ve ağız maruziyeti durumunda zararlı olabilir. Bu nedenle, doğru konsantrasyonlarda ve talimatlar doğrultusunda kimyasalların kullanılması önemlidir. Son teknoloji ürünlerin buharla sterilizasyona uygun olmaması, daha düşük sıcaklıklarda sterilizasyon yöntemlerinin geliştirilmesini teşvik etmiştir. Perasetik asit, çevre dostu, hızlı etkili ve çoğu materyalle uyumlu olduğu için tercih edilen bir dezenfektandır, ancak stabilite ve korozif etki gibi parametrelerin optimize edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, farklı katalizör varlığında ve koşullarda sentezlenen perasetik asit miktar tayinleri titrimetrik yöntem ile yapılmış ve Box-Behnken deneysel tasarım yüzey metodolojisi kullanılarak sonuçlar incelenmiştir. Box-Behnken tasarımı ile optimizasyon gerçekleştirilmiş ve FTIR, GC gibi karakterizasyon metotları kullanılarak perasetik asit özellikleri analiz edilmiştir. Sentezlenen perasetik asit ile daha stabil bir solüsyon hazırlanmış ve aktivite ölçümleri küvet ömrü, kalıntı, korozyon ve materyal uyumluluk analizleri yardımıyla sağlanmıştır. Asetik asit (AA) ve hidrojen peroksitten (HP) perasetik asit (PAA) hazırlanmasına yönelik hazırlanan homojen kinetik modelde asit katalizörü ile sentezler gerçekleştirilmiştir. Farklı katalizörler kullanılması nedeniyle sülfürik asit ve fosforik asit ile Box-Behnken deneysel tasarımı yüzeysel metodolojisinin sunmuş olduğu iki ayrı deneysel kombinasyonların analizleri gerçekleştirilerek, maksimum perasetik asit miktarına ulaşabilmek için deney koşulları belirlenmiştir. Sentezlenen perasetik asit ile daha stabil solüsyon hazırlanarak aktivite ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Sülfürik asit katalizörü ile hazırlanan solüsyonların 14 gün boyunca stabil kaldığı ancak fosforik asit katalizörü ile hazırlanan solüsyonun etkinliğinin daha düşük olduğu gözlemlenmiştir. Materyal uyumluluğunu kontrol etmek amacıyla cam, seramik, paslanmaz çelik ve plastik hammaddeli plakaların 30 gün boyunca solüsyonda bekletilmesi sonucunda herhangi bir deformasyon görülmemiştir. Dezenfeksiyon işlemi sonrasında kalıntı analizlerinde çelik yüzeylerde perasetik asit tespit edilememiş, plastik plaka kullanılan numunede ise çok düşük miktarda perasetik asit tespit edilmiştir. Hazırlanan solüsyonların malzemelere korozif etkisini gözlemlemek amacıyla alüminyum plakalar analiz edildiğinde, plakalarda görsel olarak deformasyon görülmemiş ancak plaka tartımları sonucunda ortalama 0,36 g azalma görülmüştür. Box-Behnken deneysel tasarım programına göre ilk oluşturulan tasarımda 17 farklı deneyden maksimum perasetik asit sentezleyebilmek için deney parametreleri Sülfürik Asit Konsantrasyonu %10,9 Sıcaklık 48,8℃ve Molar Oran 2,01 olarak seçilmesi sonucunda maksimum %8,80 Perasetik asit miktarına ulaşılmıştır. Fosforik asit kullanımı sonucunda sentezlenen perasetik asit miktarı ve Box-Behnken deneysel tasarım sonuçları incelendiğinde sülfürik asit katalizörü ile perasetik asit sentezine göre daha düşük oranlara ulaşıldığı görülmüştür.

Abstract:
Due to the inadequacy of traditional cleaning methods, various chemicals are used for disinfection in hospital environments. However, these disinfectants can be harmful if exposed to the eyes, nose, and mouth. Therefore, it is important to use chemicals at the correct concentrations and according to instructions. The inability of state-of-the-art products to be suitable for steam sterilization has encouraged the development of sterilization methods at lower temperatures. Peracetic acid is a preferred disinfectant because it is environmentally friendly, fast-acting, and compatible with most materials, but parameters such as stability and corrosive effects need to be optimized. In this study, the amounts of peracetic acid synthesized under different catalyst presence and conditions were determined by titrimetric method, and the results were examined using BoxBehnken experimental design surface methodology. Optimization was performed using the Box-Behnken design, and the properties of peracetic acid were analyzed using characterization methods such as FTIR and GC. A more stable solution was prepared with the synthesized peracetic acid, and activity measurements were provided through analyses such as cuvette lifespan, residue, corrosion, and material compatibility. In the homogeneous kinetic model prepared for the synthesis of peracetic acid (PAA) from acetic acid (AA) and hydrogen peroxide (HP), syntheses were carried out using an acid catalyst. Due to the use of different catalysts, analyses of two separate experimental combinations offered by the Box-Behnken experimental design surface methodology with sulfuric acid and phosphoric acid were conducted to determine the experimental conditions to reach the maximum amount of peracetic acid. Activity measurements were conducted by preparing a more stable solution with the synthesized peracetic acid. It was observed that solutions prepared with a sulfuric acid catalyst remained stable for 14 days, whereas the solution prepared with a phosphoric acid catalyst had lower effectiveness. To check material compatibility, plates made of glass, ceramic, stainless steel, and plastic were immersed in the solution for 30 days, and no deformation was observed. Residue analyses after disinfection showed no detectable peracetic acid on steel surfaces, while a very small amount of peracetic acid was detected on the plastic plate. Aluminum plates were analyzed to observe the corrosive effect of the solutions on materials, and although no visual deformation was observed, there was an average decrease of 0.36 g in plate weight. According to the Box-Behnken experimental design program, in the initially generated design, by selecting the experimental parameters as Sulfuric Acid Concentration 10.9%, Temperature 48.8°C, and Molar Ratio 2.01, a maximum of 8.80% peracetic acid was synthesized from 17 different experiments to achieve maximum peracetic acid synthesis. When the use of phosphoric acid is considered, it is observed that lower proportions are achieved compared to peracetic acid synthesis with sulfuric acid catalysis, according to the amounts of synthesized peracetic acid and the results of the Box-Behnken experimental design.