Heterojen katalizörler kullanarak transmetilleme tepkimesi ile gliserin içermeyen biyoyakıt eldesi
Production of glycerin-free biofuel with transmethylation reaction using heterogenous catalysts
Yazar: ALKİN ÖZGEN
Danışman: PROF. DR. NEBAHAT DEĞİRMENBAŞI AKGÜL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Biyodizel = Biodiesel

Özet:
Bu çalışmada transmetilleme tepkimesi ile gliserin içermeyen biyodizel sentezi, heterojen katalizör tasarımı ve elde edilen yakıtın karakterizasyonu araştırılmıştır. Çalışmanın ilk kısmında, katalizör destek malzemesi olarak hidroksiapatit sentezi ve bu destek malzemesine farklı potasyum bileşiklerinin emdirme yöntemiyle, farklı bazikliğe sahip bir seri bazik katalizör sentezlenmiştir. En iyi tepkime koşullarında DMC/kanola yağ oranı: 12/1, sıcaklık: 85°C, tepkime süresi: 9 saat, katalizör miktarı: kütlece %7 olarak alındığında en yüksek %94,5 metil ester verimi HAP-A-KOH-%35 katalizörü varlığında elde edilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, ticari bazik ve asidik katalizörler yağların DMC ile transmetilleme tepkimesinde test edilmiştir. Bu katalizörler yaklaşık %48-70 aralığında metil ester verimi vermişlerdir. Çalışmanın üçüncü bölümünde farklı yağların (Kanola, ayçiçek ve soya yağları) metil ester verimine etkileri araştırılmıştır. Yağ çeşidinin metil ester verimine etkisinin olmadığı bulunmuştur. Ayrıca kanola, ayçiçeği ve soya yağlarına kütlece %1, 3, 5, 7, 10 ve 20 oranlarında oleik asit eklenerek farklı serbest yağ asidine sahip atık bitkisel yağ modelleri oluşturulmuştur. Serbest yağ asidi arttıkça %metil ester verimi her bir yağ için ortalama %50'ye kadar düşmüştür. Bunun nedeni bazik ortamda serbest yağ asidi ile KOH arasında sabunlaşma yan tepkimesi oluşması ve su açığa çıkmasıdır. Çalışmanın son bölümünde, elde edilen yakıtın yakıt özellikleri araştırılmıştır. Üretilen yakıtın akma noktası ve parlama noktası diğer çalışmalara göre daha yüksek bulunmuştur. Böylece elde edilen yakıt hem soğuk hava akış özelliği hem de güvenli taşıma ve depolama bakımından başarılı bir yakıt olarak bulunmuştur.

Abstract:
In this study, the glycerol free biodiesel production by the transmethylation reaction, catalyst design and characterization of the resulting fuel were investigated. In the first phase of the study, a series of basic catalysts having different basicity were prepared by hydroxyapatite synthesis as catalyst support material and by impregnation of this support material with different potassium compounds. Maximum methyl ester yield of 94.5% has been achieved in the presence of HAP-A-KOH-%35 at the best reaction condition such as 7% by mass of catalyst relative to oil, DMC / canola oil ratio: 12/1, temperature: 85°C and reaction time: 9 hours. In the second phase of the study, commercially available basic and acidic catalysts were tested in the transmethylation reaction of oils with DMC. These catalysts gave methyl ester yields of about 48-70%. In the third phase of the study, the effects of different oil (such as canola, sunflower and soybean oil) on methyl ester yield were investigated. It has been found that the oil type has no effect on methyl ester yield. In addition, the oleic acid was added to the canola, sunflower and soya oil in proportions of 1, 3, 5, 7, 10 and 20% by mass and waste vegetable oil models with different free fatty acids were formed. As the amount of free fatty acid increases, the % methyl ester yield decreases to an average of 50% for each oil. This is due to the formation of a saponification side reaction between the free fatty acid and the KOH in the basic medium and the water is released in this reaction. In the last phase of the study, the fuel properties of the obtained fuel were investigated. The pour point and flash point of the produced fuel were found higher than of the other studies. Hence, the resulting fuel has been found to be more successful in terms of both cold air flow characteristics and safe handling and storage.