Farklı türdeki karboksilik asitlerin sulu çözeltilerden kütlesel iyonik sıvı membranlarla ayrılması
Separation of various carboxylic acids from aqueous solutions by bulk ionic liquid membranes
Yazar: NİLAY BAYLAN
Danışman: PROF. DR. SÜHEYLA ÇEHRELİ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Karboksilik asitler doğal halde bulunabildikleri gibi sentetik yollarla ve yaygın olarak fermentasyon prosesi ile üretilmektedirler. Karboksilik asitler fermentasyon prosesi ile üretimleri esnasında tek başına değil, yan ürün olarak farklı karboksilik asitlerle ve sulu çözeltileri halinde elde edilmektedirler. Bu amaçla, karboksilik asitlerin gerek fermentasyon prosesi sonucu oluşan sulu çözeltilerinden gerekse kimya sanayiindeki atık sulardan ayrılma ve saflaştırılması büyük önem taşımaktadır. Karboksilik asitlerin seyreltik sulu çözeltilerinden ayrılmasında kullanılan modern ve gelişmekte olan tekniklerden biri de sıvı membranlardır. 
Bu çalışma kapsamında farklı karboksilik asitlerin (formik asit, asetik asit ve levulinik asit) seyreltik sulu çözeltilerinden tribütil fosfat (TBP) içeren kütlesel iyonik sıvı membranlar kullanılarak ayrılması incelenmiştir. Kütlesel iyonik sıvı membran sisteminde karıştırmanın, membran fazda iyonik sıvı türü ve taşıyıcı (TBP) konsantrasyonunun, besleme fazında asit türü ve başlangıç asit konsantrasyonunun, sıyırma fazında sıyırma faz türü ve sıyırma faz konsantrasyonunun ayırma üzerine etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla, istatistiksel deneysel tasarım çalışması yapılmış olup, istatistiksel deneysel tasarım olarak Yanıt Yüzey Metodu çeşitlerinden Merkezi Kompozit Tasarımı ve D-optimal Tasarımı kullanılmıştır. 
Kütlesel iyonik sıvı membran sistemlerine ait besleme ve sıyırma ayırma etkinliği değerleri hesaplanmış ve sonuçlar irdelenmiştir. En yüksek ayırma etkinliği değerleri membran fazda TBP konsantrasyonunun 2 mol/L, sıyırma fazında 4 N NaOH olduğu sistemlerde elde edilmiştir. Böylece söz konusu membran sisteminin formik, asetik ve levulinik asidin sulu çözeltilerden ayrılmasında kullanılabileceği görülmüştür. Ayrıca, kütlesel iyonik sıvı membran sisteminden elde edilen sonuçları yaygın olarak kullanılan geleneksel yöntemlerden reaktif ekstraksiyon yöntemi ile karşılaştırılmak amacıyla formik, asetik ve levulinik asidin seyreltik sulu çözeltilerinden reaktif ekstraksiyonla ayrılması incelenmiştir. Kütlesel iyonik sıvı membran sisteminin formik, asetik ve levulinik asidin sulu çözeltilerinden ayrılmasında reaktif ekstraksiyon yöntemine kıyasla daha etkili olduğu görülmüştür.

Abstract:
Carboxylic acids occur in nature and they are also produced in chemical synthetic ways and they are widely produced by the fermentation process. Carboxylic acids have been produced in aqueous solutions as a by-product in the production of various carboxylic acids by fermentation processes. Recovery and concentration of carboxylic acids from fermentation broths, reaction mixtures and waste solutions have attracted a great interest. One of the modern and promising techniques for separating carboxylic acids from dilute aqueous solutions is the liquid membranes.
In this study, the separation of various carboxylic acids (formic, acetic and levulinic acid) from their aqueous solutions using bulk ionic liquid membrane containing tributyl phosphate (TBP) was investigated. The effect of various parameters in bulk ionic liquid membrane system such as the stirring, the type of ionic liquid and the carrier (TBP) concentration in the membrane phase, the acid type and the initial acid concentration in the feed phase, the stripping type and the stripping concentration in the stripping phase were investigated. For this purpose, the statistical experimental design study have been applied and Central Composite Design and D-optimal Design have been used as the statistical experimental design.
Extraction and stripping separation efficiency values of bulk ionic liquid membrane systems were calculated and the results were examined. The higher separation efficiency values were obtained in systems where the TBP concentration in the membrane phase was 2 mol/L and the stripping phase was 4 N NaOH. It was observed that the bulk ionic liquid membrane system can be used as effective technique for the separation of formic, acetic and levulinic acid from aqueous solutions. However, the separation formic, acetic and levulinic acid from dilute aqueous solutions by the reactive extraction of was investigated. The results obtained from the reactive extraction were compared with the results of bulk ionic liquid membrane systems. It was observed that the bulk ionic liquid membrane system is more effective for separating formic, acetic and levulinic acid from aqueous solutions than the reactive extraction method.