Mezogözenekli metal katkılı silika aerojel üretimi ve kanola yağının saflaştırılmasında kullanımı
Production of metal doped mesoporous silica aerogel and using of canola oil purification
Yazar: TÜLAY MERVE TEMEL
Danışman: PROF. DR. SEVİL YÜCEL ; DR. PINAR TERZİOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Rafinasyon işlemi ham yağlardaki safsızlıkların giderilmesi amacıyla uygulanmaktadır. Yağların rafinasyon basamağının ilki olan nötralizasyonda yağda bulunan serbest yağ asitleri alkali ile giderilmekte ve bu esnada önemli ölçüde nötr yağ kayıpları meydana gelmektedir. Yağ rafinasyonun ikinci basamağı olan renk gidermede çeşitli ağartma toprakları ve silika ve her ikisinin karışımları kullanılmaktadır. Endüstride yağların ağartma aşamasında ancak çift adsorban (bentonit ve silika) kullanıldığında renk ve fosfolipidi giderilmiş kaliteli bir yağ elde edilebilmektedir.
Yağlardaki safsızlıkların giderilmesi için son yıllarda çeşitli adsorbanlar geliştirilmeye çalışılmıştır. Fakat yağ endüstrisinde yaygın bir şekilde  ucuz olduğundan dolayı sadece  renk giderme aşamasında bentonit tercih edildiği için polar madde, fosfolipidler, serbest yağ asitleri ve ağır metal gibi safsızlıkların  yağlardan etkili bir şekilde giderilmesi mümkün olmamaktadır. Bu nedenle diğer safsızlıkların  da giderilmesinde etkili olabilecek yeni adsorbanlara ihtiyaç duyulmaktadır. 
Silikalar genel olarak yağdaki polar lipitleri (serbest yağ asitleri, kısmi gliseridler vb.) adsorplama kapasitesine sahiptirler. Kalsiyum ve magnezyum silikatlar da polar lipitleri giderirken aynı zamanda renk gidermede de etkili olmaktadır. Silika aerojellerin atık sulardaki ağır metallerin gideriminde etkili oldukları yapılan bilimsel çalışmalar ile kanıtlanmıştır. Tüm bu özelliklerin kalsiyum (Ca) ve magnezyum (Mg) silika aerojellerin içerisinde yer alması yağların içermiş oldukları yağ asitleri, fosfolipitler, ağır metaller, renk pigmentleri gibi tüm safsızlıkları giderebileceğini göstermektedir.  
Bu tez çalışmasında, yağ endüstrisinde kullanılmak üzere Ca-Mg silika aerojeller, Ca aerojel, Mg aerojel üretimi gerçekleştirilmiş ve deneylerde üretilen arojellerin yanısıra  Ca silika aerojel ve Mg silika aerojel kombinasyonları da kullanılmıştır. Ticari aerojel (CMS), ağartma toprağı olan bentonit ve ticari silika olan trisil karşılaştırma yapmak üzere seçilmiştir. Aerojellerin üretiminde silika kaynağı olarak sodyum silikat çözeltisi (cam suyu) kullanılmıştır. Ca (CaCl2.2H2O)  ve Mg (MgCl2.6H2O)  tuzları, sodyum silikat çözeltileri ile ortam şartlarında karıştırılmıştır. Etonol yaşlandırma basamağının arkasından hekzan çözücü değiştirme işlemi yapılmış ve havalı kurutucu ve havalı  püskürtmeli kurutucularda kurutulmuştur. Kurutma parametlerinin üretilen aerojellerin yüzey alanı, gözenek çapı ve gözenek hacmi gibi özelliklerine olan etkileri saptanmıştır. Üretilen Ca, Mg ve Ca-Mg silika aerojellerin kimyasal yapısı ve yüzey özellikleri SEM, BET ve FTIR  ile belirlenmiştir. Bu tez çalışmasında ilk defa kanola yağının saflaştırılması amacıyla aerojeller kullanılmıştır. Aerojellerin en uygun sıcaklık ve süredeki adsorpsiyon performansının belirlenmesi amacıyla 30, 60, 90°C ve 10, 20, 30 dakika adsorpsiyon sürelerinde ham kanola yağında çalışmalar yapılmış ve bu parametrelerden en uygun olanının 90°C ve 30 dakika adsorpsiyon süresi olduğu belirlenmiştir. %1-3 oranında yapılan adsorpsiyon deneylerinde aeojel miktarı arttıkça asit gideriminin arttığı ve Ca-Mg silika aeojelin %3 oranında kullanımıyla % 54.4 oranında asitlerin giderildiği saptanmıştır. Peroksit gidermede en iyi sonuçlar bentonit- trisil ile elde edilmiştir. Ham yağda fosfor giderimi açısından en iyi sonuçları sırasıyla %3 trisil (%46), %3 bentonit-trisil (%45), %1 bentonit-Ca-Mg-Si aerojel (%44) kombinasyonlarından elde edilmiştir. Renk gidermede bentonit kombinasyonları en iyi sonuçları vermiştir. Nötr yağ kayıplarında adsorban miktarının artırılmasıyla tüm adsorbanlarda nötr yağ kayıplarını artırmıştır.

Abstract:
Refining process is used to remove impurities of crude oil. The fatty acids found in the oil is removed by use of alkaly in the neutralization which is the first step of oil refining and significant neutral oil loss occurs. Various bleaching earths, silica and combination of these are used in the bleaching which is the second step of oil refining. In the industry, a qualified oil can be obtained by use of double adsorbent (bentonite and silica) in the bleaching step which provides color and phospholipid removal. In the recent years, researches have been conducted for the improvement of various adsorbents to remove impurities of oil. However, efficient removal of impurities such as polar compounds, phospholipids, free fatty acids and heavy metals is impossible because bentonite is preferred due to its low cost only in the bleaching step. For this reason, there is a need of new adsorbents to remove other impurities. Silicates generally have the adsorption capacity for polar lipids (free fatty acids, semi glycerides etc.) of oil. Calcium and magnesium silicates remove polar lipids and at the same tine efficient in color removal. The scientific studies showed that silica aerogels are efficient in the removal of heavy metals. Calcium and magnesium silica aerogels have all these properties which indicates all of the impurities of oil such as fatty acids, phospholipids, heavy metals and color pigments can be removed.
In this thesis study, Ca-Mg silica aerogels, Ca aerogel and Mg aerogel production was conducted to be used in oil industry. Also, the combination of Ca and Mg silica aerogels were used. Commercial aerogel (CMS), bleaching earth bentonite and commercial silica Trisyl were chosen to make comparison. Sodium silicate solution (water glass) was used for aerogel production. The Ca (CaCl2.2H2O) and Mg (MgCl2.6H2O) salts were mixed with sodium silicate solutions at ambient conditions. Hexane solvent exchange procedure was used after aging with ethanol. The drying process was conducted using two different dryer as air dryer and spray dryer. The effects of drying parameters on the surface area, pore diameter and pore volume of aerogels were determined.
The chemical structure and surface properties of the produced Ca, Mg and Ca-Mg silica aerogels were determined by SEM, BET and FTIR analysis.  In this thesis study aerogels were used to purify canola oil for the first time. The studies were conducted with crude canola oil at 30, 60, 90°C and for 10, 20, 30 minutes to determine the adsorption performance of aerogels with optimum temperature and time. The most suitable conditions for adsorption was determined to be 90°C and 30 minutes. The adsorption experiments carried out with different adsorbent: oil ratio (1-3%) showed that the acid removal was increased by the increase of aerogel and the acid removal was achieved as 54.4% by using 3% Ca-Mg aerogel. The best results for peroxide removal were obtained with bentonite-trisyl. The best results in terms of phosphorus removal in crude oil was obtained by using 3% trisyl (46%), 3% bentonite-trisyl (45%), 1% bentonite and Ca-Mg-Si aerogel (44%), respectively. The best results for bleaching were obtained by combinations of bentonite. Neutral fat loss is increased by increasing the amount of adsorbent amounts for all of the adsorbents.