Küçük moleküllü organik asitlerin sulu çözeltilerinden reaktif ekstraksiyonla ayrılmasının incelenmesi
Investigation of the separation of small molecular organic acids from aqueous solutions via reactive extraction
Yazar: ERDEM HASRET
Danışman: PROF. DR. ŞAH İSMAİL KIRBAŞLAR ; PROF. DR. HASAN USLU
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Reaktif ekstraksiyon = Reactive extraction

Özet:
Bu çalışmada gerek hammadde gerekse katkı maddesi olarak yaygın endüstrilerde yoğun bir kullanım alanına sahip olan küçük moleküllü organik asitlerin sulu çözeltilerinden ayrılmasında kullanılan ve öne çıkan tekniklerden biri olan reaktif ekstraksiyon prosesine çeşitli ekstraktan ve seyreltici kombinasyonlarının etkileri incelenerek optimum organik faz bileşimlerinin saptanabilmesine yönelik çalışmaların yürütülmesi amaçlanmıştır.
Çalışmada ekonomik öneme sahip organik asitler olan laktik asit, propiyonik asit, süksinik asit, maleik asit, sitrik asit ve okzalik asit inceleme kapsamına alınmıştır. Söz konusu karboksilik asitlerin sulu çözeltilerinden ekstraktif olarak ayrılabilmelerinin temin edilmesi amacıyla düşük suda çözünürlük, yüksek kimyasal kararlılık, yüksek kaynama noktası ve amin yapılı bileşiklere kıyasla daha az toksik yapıda olma özellikleriyle öne çıkan fosfor yapılı trioktilfosfin oksitle ve bu organik asitlerin geri kazanımlarına ilişkin kullanılan diğer amin yapılı bileşiklerin yanında literatürde herhangi bir çalışma bulunmayan dioktilamin ekstraktanları ele alınmıştır. Bu ekstraktanların alkol, keton ve alifatik hidrokarbon kökenli seyrelticilerin varlığında ekstraktif özellikleri ve bu seyrelticilerin ekstraksiyon kapasitesine olan etkilerinin belirlenmesine yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Seyreltici olarak butanol, izoamil alkol, oktanol, dekanol, oktan, dekan, metil izobütil keton, diizobütil keton, metil etil keton ve dietil sabetat kullanılmıştır. 
Deneysel aşamada araştırma konusu olan karboksilik asitlerin ağırlıkça yüzde sekizlik sulu çözeltileri hazırlanmıştır. Trioktilfosfin oksit ve dioktilaminin on farklı seyreltici içerisinde farklı oranlarda karışımıyla organik faz bileşimleri hazırlanarak 298,15 K sıcaklıkta ekstraksiyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte saf seyreltici varlığında söz konusu asitlerin ayrılması da araştırılmıştır. Yapılan analiz sonucunda organik faz ve su fazında bulunan asit konsantrasyonları tespit edilerek dağılma katsayısı, ekstraksiyon verimi ve yükleme faktörü değerleri hesaplanmıştır. 
Genel itibariyle sonuçlardan artan ekstraktan konsantrasyonuyla birlikte dağılma katsayısı değerlenin de arttığı, yükleme faktörü değerlerinin azaldığı anlaşılmıştır. Saf seyrelticilerle tatbik edilen ekstraksiyon deneylerine kıyasla organik faza trioktilfosfin oksit yahut dioktilamin katılımının ekstraksiyon verimini oldukça yükselttiği bununla birlikte dioktilaminin söz konusu asitlerin sulu çözeltilerinde ayrılmasında fosfor kökenli ekstraktan olan trioktilfosfin oksite nazaran oldukça iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Ekstraktan ve seyreltici kombinasyonlarıyla oluşturulan organik faz karışımları göz önüne alındığında ekstraksiyon verimliliği açısından en olumlu sonuçların sitrik asit için Dioktilamin/Metil izobütil keton, okzalik asit için DOA/MIBK, maleik asit için DOA/Diizobütil keton, süksinik asit için DOA/Butanol, laktik asit için DOA/Oktanol ve propiyonik asit için DOA/MIBK kompozisyonları kullanıldığında elde edilebildiği tespit edilmiştir.

Abstract:
The aim of this study is the investigation of the effect of various extractant and solvent combinations to the reactive extraction process, a promising technique used for the separation of small molecular organic acids from their aqueous solutions, to determine the optimum organic phase composition for the separation processes.
Lactic acid, propionic acid, succinic acid, maleic acid, citric acid and oxalic acid are the organic acids that are under examination due to their economic worth. These carboxylic acids are recovered from their aqueous solutions by reactive extraction method using trioctylphosphine oxide which has low water solubility, high chemical stability, high boiling point and it is more environmentally friendly than the amine type extractants also they are recovered by using a secondary amine called dioctylamine and among the other amine extractants used in reactive extraction processes, there is a lack of study about the extraction of these acids with DOA in the literature. The experiments performed to determine the effect of alcohol, ketone and aliphatic hydrocarbon based solvents to the extraction capacity and to the extractive properties of the extractans used.  Butanol, isoamyl alcohol, octanol, decanol, octane, decane, methyl isobutyl ketone, diisobutyl ketone, methyl ethyl ketone and diethly sabecate are solvents are consumed as the solvent respectively. 
In the experimental step the aqueous solutions of carboxylic acids with the concentration of eight percent by weight were prepared. The extraction experiments were performed at 298,15 K using organic phases prepared by mixing of TOPO and DOA with ten different solvents in different ratios. However, the separation of these acids using only pure solvents is also investigated. As a result of the experimental analysis, the quantity of the acid concentration in both organic and aqueous phase is found to calculate the values of distribution factor, extraction yield and loading ratio.
It can be inferred from the results that an increase in the extractant concentration leads to an increase in the distrubution factor values but on contrary it leads to a decrease in the loading ratio values. In comparison with the results attained from the experiments performed using only pure solvents, introducing TOPO or DOA to the organic phase significantly enhanced the extraction yield. Furthermore, the separation of these acids from their aqueous solutions using DOA is given better results compared to the ones achieved using phosphor based extractant TOPO. Considering the organic phase mixture formed by the combinations of extractant and solvent, the most appropriate results with respect to extraction yield can be attained using DOA/MIBK for citric acid, DOA/MIBK for oxalic acid, DOA/DIBK for maleic acid, DOA/Butanol for succunic acid, DOA/Octanol for lactic acid and DOA/MIBK for propionic acid.