Levulinik asidin adsorpsiyonunun incelenmesi
Investigation of adsorption of levulinic acid
Yazar: AYSU OKUR
Danışman: PROF. DR. İSMAİL İNCİ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Keto karbonil grubu ve asidik karboksil grubu içeren levulinik asit, kimya endüstrisinde geniş bir kullanım alanı olan çok yönlü önemli bir keto asittir. Çözücü, plastifiyan, stabilizatör, gıda aroması, hayvan yemi ve antifriz olarak kullanılmakta olup, tekstil, kaplama, baskı, polimer, ilaç endüstrilerinde ve bu alanlara ilave olarak sentetik reçine ve elyaf, naylon ve kauçuk, haşere ilacı, zararlı ot öldürücü ve hidrolik fren sıvısı üretiminde kullanılmaktadır. 
Glikoz, galaktoz, sukroz, fruktoz, selüloz gibi karbonhidratların hidrotermal bozunması ile levulinik asit üretilebilir. Üretim prosesi iki basamaktan oluşmakta olup ilk basamağında, karbonhidrat kaynağı seyreltik mineral asit varlığında hidroksi metil furfural (HMF) oluşturmak üzere parçalanır ikinci aşamada ise hidroksi metil furfural hidroliz edilerek levulinik asit elde edilir. Bu proses esnasında yan ürün olarak formik asit ve asetik asit oluşur. Yan ürün oluşumu nedeniyle asit üretim verimi düşer, asidin geri kazanım maliyeti artar. Bu nedenle sulu çözeltilerden, kimya endüstrileri ve atık sulardan, levulinik asidin ayırma ve geri kazanımı oldukça önemlidir.
Adsorpsiyon yöntemi ile karboksilik asitlerin sulu çözeltilerden ve atık sulardan ayrıştırılması diğer ayrıştırma yöntemlerine göre daha yüksek verim elde edilebilmesi ve daha ekonomik olması nedeniyle yaygın olarak tercih edilmektedir. 
Bu tez çalışması kapsamında, levulinik asidin sulu çözeltilerinden çeşitli adsorbanlar kullanılarak (Amberlite IRA- 67, Amberlite IRA- 96, Amberlite IRA- 400) adsorpsiyonu incelenmiştir. Denemelerde adsorbanların dengeye gelmesi için gereken optimum süre hesaplanmış ve ardından başlangıç asit konsantrasyonu, adsorban miktarı ve sıcaklık, gibi parametreler değiştirilerek adsorpsiyon prosesine etkileri incelenmiştir. Langmuir, Freundlich ve Temkin izoterm modelleri ile deney sonuçlarının uyumu karşılaştırılarak adsorpsiyon mekanizması aydınlatılmıştır.

Abstract:
Levulinic acid is a keto acid consisting of a ketone carbonyl group and an acidic carboxyl group. It is an important versatile chemical thathas a wide range of applications in the industry. It is used as solvent, plasticizer, stabilizers, food flavoring, animal feed and antifreeze. It is extensively used in textile, coating, printing, polymer, pharmaceutical industries and also in the production of synthetic resins and fibers, nylon and rubber, pesticides, herbicides and the hydraulic brake fluids.

Levulinic acid can be produced  by the hydrothermal degradation ofcarbohydrate containing substances. In the first step of this process,the carbohydrate source is hydrolyzed in the presence of dilute mineral acid to formhydroxymethyl furfural (HMF), and in the second step HMF is hydrolyzed to form levulinic acid. Formic acid and acetic acid occur as by products during this process.With the generation of by-products, the acid production yield decreases and the complexity and cost of acid recovery process increases. Therefore, the removal and recovery of levulinic acid from aqueous solutions including chemical industries and wastewaters have been great importance.

The separation of carboxylic acids from aqueous solutions and wastewater by adsorption method is widely preferred because of higher yield and more economical than other separation methods.

In this thesis study, the removal of levulinic acid from its aqueous solutions using various adsorbents (Amberlite IRA-67, Amberlite IRA- 96, Amberlite IRA- 400) will be investigated. In the experiments, firstly, the equilibrium adsorption time was determined, and then, initial levulinic acid concentrations, different  temperature values and the effect of different adsorbent amount on adsorption was investigated. Langmuir, Freundlich and Temkin isotherm models were compared with the results of experiments and the adsorption mechanism was investigated.