Pirinç kabuğu ve haşhaş küspesinin ko-pirolizinde değişken parametrelerin biyoyağ verimi ve fenol içeriğine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effects of variable parameters on bio-oil yield and phenol content in co-pyrolysis of rice husk and poppy capsule pulp
Yazar: DEMRENUR ÖZÇATAL
Danışman: PROF. DR. MELTEM DİLEK
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, potansiyel bir enerji kaynağı ve değerli bir yan ürün olan pirinç kabuğu küspesi ve Afyon Alkaloid Fabrikası'nın ana atık ürünü olan haşhaş küspesinin ko-pirolizi farklı reaksiyon koşullarında gerçekleştirilmiştir. Biyoyağın özelliklerini iyileştirmek amacıyla katalizör kullanımı ve piroliz öncesi ısıl işlem yöntemleri uygulanmıştır.  Farklı reaksiyon parametrelerinin biyoyağ verimi ve biyoyağın içerisindeki bileşenlere etkisi incelenmiştir. Elde edilen biyoyağların organik bileşen içerikleri Gaz Kromatografisi- Kütle Spektrometresi (GC-MS), biyoyağlar içerisindeki fonksiyonel gruplar Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektrometresi (FT-IR) ve biyoyağın bileşimi Nükleer Manyetik Rezonans (1H-NMR) Spektroskopisi analizleriyle tespit edilmiştir. GC-MS analizleri sonucunda elde edilen tüm biyoyağlarda en çok bulunan kimyasal bileşiklerin fenoller, asitler ve ketonlar olduğu tespit edilmiştir. En yüksek biyoyağ verimi %75 pirinç kabuğu küspesi ve %25 haşhaş küspesi içeren biyokütle kaynağının ağırlıkça %3'ü kadar H-β zeoliti kullanılarak, 550°C'de ko-pirolizi sonucunda elde edilmiştir. En yüksek fenol içeriği ise %75 pirinç kabuğu küspesi ve %25 haşhaş küspesi içeren biyokütle kaynağının 250°C'de ön ısıl işlem gerçekleştirildikten sonra 550°C'de ko-pirolizi ile elde edilmiştir. Katalizör kullanımı ve ön ısıl işlemin biyoyağın kararlığını arttırdığı ve asiditesini düşürdüğü tespit edilmiştir.  Çalışma sonucunda, katalizör kullanımı ve piroliz öncesi ısıl işlem uygulamalarının biyoyağın özelliklerinin iyileştirmesinde potansiyel yöntemler olduğu gösterilmiştir. Ayrıca, elde edilen biyoyağ, MgO-C refrakter tuğla üretiminde fenol formaldehit reçinesi yerine bağlayıcı madde olarak kullanılmıştır. Refrakter malzemelere fiziksel, mekanik ve ısıl şok testleri uygulanmış, testler sonucunda malzemenin ısıl şok direncinin arttığı görülmüştür.

Abstract:
In this study, co-pyrolysis of rice husk, a potential energy source and valuable by-product, and poppy capsule pulp, the main waste product of the Afyon Alkaloid Factory, were carried out under different reaction conditions. In order to improve the properties of bio-oil, catalyst use and torrefaction methods were applied. The effects of different reaction parameters on bio-oil yield and components in bio-oil were investigated. The organic components in bio-oils were determined by Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS), the functional groups in bio-oils were determined by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) and the composition of the bio oils were determined by Nuclear Magnetic Resonance (1H-NMR) Spectroscopy analysis. According to GC-MS analysis the most common chemical compounds in all bio-oils were phenols, acids and ketones. The highest bio-oil yield was obtained with the co-pyrolysis of biomass source containing 75% rice husk and 25% poppy capsule pulp and 3% by weight H-β zeolite at 550°C. The highest phenol content was obtained by co-pyrolysis at 550°C after torrefaction at 250°C of the biomass source containing 75% rice husk and 25% poppy capsule pulp. It has been determined that the use of catalyst and torrefaction increase the stability of the bio-oil and reduce its acidity. As a result of the study, it has been shown that the use of catalyst and torrefaction applications are potential methods for improving the properties of bio-oil. Moreover, the obtained bio-oil was used as a binder in the production of MgO-C refractory bricks instead of phenol formaldehyde resin. Physical,  mechanical and thermal shock tests were applied to refractory materials and it was observed that the thermal shock resistance of the material increased.