cis,cis-mukonık asidin ve protokateşik asidin sulu çözeltilerden giderimi
Removal of cis,cis-moconic acid and protocathechic acid from aqueos solutions
Yazar: ISMAYIL ISAYEV
Danışman: PROF. DR. ŞAH İSMAİL KIRBAŞLAR
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Aktif karbon = Activated carbon ; Amberlit = Amberlite ; Protokateşik asit = Protocatechuic acid ; Reaktif ekstraksiyon = Reactive extraction

Özet:
cis,cis-Mukonik asit, ticari olarak önemli kimyasal maddelerin sentezi için öncü olarak kullanılan, katma değeri yüksek bir fermantasyon ürünüdür. Bu nedenle, fermantasyon sıvısından geri kazanılması esastır. Bu çalışmada, cis,cis-mukonik asidin adsorpsiyon yoluyla uzaklaştırılması ilk kez incelenmiştir. cis,cis-Mukonik asit sulu çözeltisinden Amberlit IRA-67 (IRA-67), Amberlit XAD-4 (XAD-4), Amberlit A-21 (A-21) ve aktif karbon ile uzaklaştırılmıştır. cis,cis-Mukonik asidin adsorbsiyonunun kinetik davranışı kinetik modeller ile incelenmiştir. Asidin adsorbanlar üzerindeki dağılımı, iki parametreli izoterm modeli ile araştırılmıştır. Asit konsantrasyonu, adsorban miktarı ve sıcaklık gibi önemli adsorpsiyon parametrelerini optimize etmek için yanıt yüzeyi metodu merkezi kompozit tasarımı kullanılmıştır. Merkezi kompozit tasarımı ile optimum değerlere IRA-67 için 994,70 mg L-1 asit konsantrasyonu, 0,08 g adsorban miktarı ve 300,2 K sıcaklıkta, XAD-4 için 994,70 mg L-1 asit konsantrasyonu, 0,05 g adsorban miktarı ve 301,2 K sıcaklıkta, A-21 için 994,70 mg L-1 asit konsantrasyonu, 0,08 g adsorban miktarı ve 300,2 K sıcaklıkta, aktif karbon için 994,70 mg L-1 asit konsantrasyonu, 0,08 g adsorban miktarı ve 299,2 K sıcaklıkta ulaşılmıştır.
Protokateşik asit (PCA), çeşitli farmasötik özelliklere sahip olması nedeniyle büyük ilgi gören bir karboksilik asittir. PCA, ya mikrobiyal fermantasyon yoluyla elde edilir ya da gıda işleme endüstrilerinin atık sularından geri kazanılır. Bu çalışmada PCA, sulu çözeltilerinden reaktif ekstraktan trioktilfosfin oksit (TOPO) ve bir ikincil amin olan di-n-oktilamin (DOA) ile ayrılmıştır. Organik fazda TOPO ile izobütanol, propil asetat ve etil metil keton kullanılmıştır. Organik fazda DOA ile ise izobütil metil keton, propil asetat ve linalool kullanılmıştır. Önemli ekstraksiyon parametreleri, yanıt yüzeyi metadolojisinin Box-Behnken tasarımı ile optimize edilmiştir. TOPO/izobütanol sisteminin maksimum ekstraksiyon verimi (% E), optimum koşullar altında (0,02 mol kg-1 PCA konsantrasyonu, % 50 v/v TOPO miktarı ve 298,2 K sıcaklık) % 98,91 olarak bulunmuştur. TOPO/etil metil keton sisteminin maksimum ekstraksiyon verimi, optimum koşullar altında (0,028 mol kg-1 PCA konsantrasyonu, % 50 v/v TOPO miktarı ve 312,2 K sıcaklık) % 91,09 dur. TOPO/propil asetat sisteminin maksimum ekstraksiyon verimliliği, optimum koşul altında (0,029 mol kg-1 PCA konsantrasyonu, % 48,51 v/v TOPO miktarı ve 301,2 K sıcaklık) % 99,05 olmuştur. PCA (konsantrasyonu 0,027 mol kg-1, % 10,55 v/v DOA miktarı ve 299,2 K sıcaklık) optimum koşulları altında DOA/izobütil metil keton sisteminin maksimum ekstraksiyon verimi % 95,84 olmuştur. PCA (konsantrasyonu 0,03 mol kg-1, % 10 v/v DOA miktarı ve 314,2 K sıcaklık) optimum koşulları altında DOA/propil asetat sisteminin maksimum ekstraksiyon verimi % 86,73 olmuştur. PCA (konsantrasyonu 0,029 mol kg-1, % 11,63 v/v DOA miktarı ve 298,2 K sıcaklık) optimum koşulları altında DOA/linalool sisteminin maksimum ekstraksiyon verimi % 81,71'dir.

Abstract:
cis,cis-Muconic acid is a high value-added fermentation product that used as a precursor for the synthesis of commercially important bulk chemicals. Therefore, it is essential to recover it from the fermentation broth. In this study, the removal of cis,cis-muconic acid by adsorption was investigated for the first time. cis,cis-Muconic acid was extracted from aqueous solution with Amberlite IRA-67, Amberlite XAD-4, Amberlite A-21 and activated carbon. The kinetic behavior of cis,cis-muconic acid adsorption was investigated by kinetic models. The distribution of acid on the adsorbents was investigated by the two-parameter isotherm models. The central composite design of the response surface methodology was used to optimize important adsorption parameters such as; acid concentration, amount of adsorbent and temperature. The model predicted best results at 994.70 mg L-1 acid concentration, 0.08 g adsorbent quantity, and 300.2 K temperature for IRA-67; 994.70 mg L-1 acid concentration, 0.05 g adsorbent quantity, and 301.2 K temperature for XAD-4; 994.70 mg L-1 acid concentration, 0.08 g adsorbent quantity, and 300.2 K temperature for A-21; 994.70 mg L-1 acid concentration, 0.08 g adsorbent quantity, and 299.2 K temperature for activated carbon.
Protocacheic acid (PCA) is a carboxylic acid that has received a lot of attention for its various pharmaceutical properties. PCA is either obtained through microbial fermentation or is recovered from the waste streams of food processing industries. In this study, PCA was separated from its aqueous solutions by reactive extractant trioctylphosphine oxide (TOPO) and a secondary amine named di-n-octylamine (DOA). TOPO was used with isobutanol, propyl acetate and ethyl methyl ketone in the organic phase. DOA was used with isobutyl methyl ketone, propyl acetate and linalool in the organic phase. Important extraction parameters were optimized by the Box-Behnken design of the response surface methodology. The maximum extraction efficiency (% E) of the TOPO/isobutanol system under optimum conditions (0.02 mol kg-1 PCA concentration, 50 % v/v amount of TOPO and 298.2 K temperature) was 98.91 %. The maximum extraction efficiency of the TOPO/ethyl methyl ketone system was 91.09 % under optimum conditions (0.028 mol kg-1 PCA concentration, 50 % v/v TOPO amount and 312.2 K temperature). The maximum extraction efficiency of the TOPO/propyl acetate system was 99.05 % under optimum condition (0.029 mol kg-1 PCA concentration, 48.51 % vol/vol TOPO amount and 301.2 K temperature). The maximum extraction efficiency of the DOA/isobutyl methyl ketone system was 95.84 % under the optimum conditions (0.027 mol kg-1 PCA concentration, 10.55 % v/v DOA amount and 299.2 K temperature). The maximum extraction efficiency of the DOA/propyl acetate system was 86.73 % under the optimum conditions (0.03 mol kg-1 PCA concentration, 10 % v/v DOA amount and 314.2 K temperature). The maximum extraction efficiency of the DOA/linalool system is 81.71 % under the optimum conditions (0.029 mol kg-1 PCA concentration, 11.6 3% v/v DOA amount and 298.2 K temperature).