Nanogözenekli aerojel ile ayçiçek yağından bazı safsızlıkların giderilmesi
Removal of impurities with nano-pores aerogel from sunflower oil
Yazar: DERYA ÇOLAK
Danışman: PROF. DR. SEVİL YÜCEL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Aerojeller gözenekli ve hafif malzemelerdir ve sahip olduğu üstün fiziksel özelliklerinden dolayı son yıllarda üzerinde yoğun çalışmaların yapıldığı nanomalzemeler sınıfındadır. Genel olarak termal ve ses yalıtım malzemesi, vernik ve boyalar için dolgu malzemesi, kimya sektöründe adsorban, katalizör taşıyıcısı, enjeksiyon ajanı ve katalizör desteği olarak kullanılmaktadır. Aerojel sınıfından olan silika aerojel ise iç yapısında bulunan çapraz bağlı silika zincirleri (SiO2) ile çok sayıda hava dolu gözenekten oluşan ve gözenekleri 5-100 nm arasında değişen nano malzemelerdir. Silika aerojellerin hidrojen sülfür, kükürtdioksit ve çeşitli solventlerin adsorpsiyonunda etkili bir adsorban olduğu bilinmektedir. Ayrıca sudaki çeşitli ağır metallerin adsorpsiyonunda da etkili olduğu görülmüştür.
Yenilebilir yağ üretiminde genel olarak; yapışkan madde giderme (degumming), asitlik giderme (nötralizasyon), renk açma ve koku giderme (deodorizasyon) gibi rafinasyon işlemleri uygulanır. Yağın içermiş olduğu yağ asitleri, fosfolipit, ağır metal, peroksit gibi safsızlıklar bu aşamalarda giderilir. Yapışkan madde gidermede; fosfolipitler ve iz metaller, nötralizasyon aşamasında; serbest yağ asitleri ve fosfolipitler, renk açmada; renk maddeleri, sabun fazı, deodorizasyon da; yağa kötü koku veren aldehit, ketonlar, serbet yağ asitleri, poli aromatik hidrokarbonlar(PAH) gibi safsızlıklar uzaklaştırılır.
Yağ endüstrisinde renk açma aşamasında ağartma toprakları ve silika+ağartma toprağı kombinasyonları kullanılmaktadır. Aerojelin adsorpsiyon kapasitesi kanıtlanmış olduğundan bu çalışmada ilk defa olarak ayçiçek yağında bulunan bazı safsızlıkların adsorplaması için
kullanılmış ve çeşitli rafinasyon kademelerindeki etkinliği incelenmiştir. Bu amaçla ham ve nötralize ayçiçek yağının ağırlıkça %0,5-3 oranlarında silika aerojel, bentonit, trisil, bentonit+aerojel, bentonit+trisil kombinasyonları ile adsorpsiyon çalışmaları 90°C'de 30 dakika süre ile gerçekleştirilmiştir. Asit giderme açısından tüm adsorbanlar içinde en iyi sonuç %1-3 oranlarında aerojel kullanıldığında saptanmıştır. %3'lük aerojel kullanıldığında %31,8 oranında yağ asitlerini giderdiği görülmüştür. Peroksit gidermede en iyi sonucu trisil vermiştir. Ham yağda bulunan fosfor, aerojel ve trisil ile tamamen giderilmiştir. Nötralize yağa uygulanan renk açma işleminde %1'lik bentonit+aerojel karışımı en etkili sonuçları vermiştir.

Anahtar Kelimeler: Aerojel, adsorpsiyon, asit giderme, bitkisel yağ rafinasyonu, renk açma

Abstract:
Aerogel is a porous and lightweight material and is classifed as 'nanomaterial' which has been working in recent years due to its superior physical properties. Aerogel is commonly used as a termal and sound insulation material, padding for varnishes and paint, adsorbent in chemical sector, catalyst carrier, injection agent, catalyst support, adsorbent of toxic organic compounds. Silica aerogel is nanomaterials which consists of lots of air filled pores with a crosslinked silica chains (SiO2) in their internal structure and their pore size vary between 5-100 nm. Aerogel is known to be an effective adsorbent in adsorption of hydrogen sulfide and sulfur dioxide and various solvents. Also they have been shown to be effective in adsorption of various heavy metals in water.
Refining processes generally are applied in edible oil production such as degumming, neutralization, bleaching and deodorization. Impurities such as fatty acids, phospholipids, heavy metal, peroxide which are present in the oil are removed in these stages. Impurities removed with degumming stage are phospholipids and trace metals, from neutralization stage are free fatty acids and phospholipids, from bleaching stage are color pigment and soap phase, from deodorization stage are aldehyde, ketones which makes oil smell bad, free fatty acid and PAH.
Bleaching earth and silica+bleaching earth combinations are used during bleaching stage in the oil industry. Because of the adsorption capacity of aerogel has been well, adsorption of impurities in the sunflower oil has been chosen for the first time in this study. The effectiveness of it in various refining stages were examined. For this reason, adsorption studies have been performed in a duration of 30 minutes with a combination of sunflower oil in a ratio of 0,5-3% in weight of silica aerogel, bentonite, trisyl, bentonite+aerogel and bentonite+trisyl in 90°C. For acidification, the best result was observed when aerogel was used in a ratio of 1-3%. When aerogel was used in a ratio of 3%, free fatty acids have been seem to eliminated in a ratio of 31,78%. The best result has been observed with trisyl for the removal of peroxides. Phosphorus in raw oil has been eliminated with aerogel and trisyl. In bleaching process, which has been applied to neutralized oil, the mixture of 1% bentonite+aerogel gave the most effective results.

Keywords: Aerogel, adsorption, edible oil refining, neutralization, bleaching