Ayırma işlemlerinde yeşil kimya uygulamaları: Karşılaştırılmalı bir çalışma
Green chemistry applications in separations procces: A comperative study
Yazar: HASANALI RASULZADE
Danışman: DOÇ. DR. DİLEK ÖZMEN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Butilaminler = Butylamines ; Limonen = Limonene ; Propiyonik asit = Propionic acid ; Siklopentanol = Cyclopentanol ; Çözücüler = Solvents

Özet:
Karboksilli asitler karbonil ve hidroksil gruplarının birleşmesiyle oluşan, kimyasal reaksiyonlar ya da fermentasyon prosesleri ile elde edilen ve endüstriyel anlamda oldukça önemli olan organik bileşiklerdir. Bu tez kapsamında, önemli bir karboksilik asit olan propiyonik asitin, sulu çözeltilerinden farklı çözücüler ile ekstraksiyonu araştırılmıştır. Atık sulardan ve yan sanayi ürünlerinden propiyonik asitin geri kazanımı için, düşük enerji ihtiyacı ve düşük maliyeti sebebiyle sıvı-sıvı ekstraksiyonu ya da diğer adıyla çözücü ekstraksiyonu yöntemi kullanılmıştır.
Bu çalışmada, propiyonik asitin seyreltik çözeltilerinden geri kazanımı için çözücü olarak geleneksel solventler ve çevre dostu yeşil solventler kullanılmıştır.  Deneyler atmosferik basınç ve 25°C'de gerçekleştirilmiştir. Bu asitin  sulu çözeltilerinden geri kazanımı için klasik solvent olarak keton grubundan halkalı bir yapıda olan siklopentanon ve yeşil çözücüler olarak ise biyo-bazlı solvent gurubundan (R)-(+)-limonen ve iyonik sıvılardan ise 1-Butil-3-metilimidazolyum heksaflorofosfat (BMIM-PF6) kullanılmıştır.  Aynı zamanda (R)-(+)-limonen ve BMIM-PF6'nın farklı oranlarda hazırlanmış ikili karışımlarının da ekstraksiyona etkisi araştırılmıştır. Ekstaksiyon işlemi için çözücüler seçilirken, literatürde bu üçlü ve dörtlü sistemler ile daha önce çalışılmamış olmasına özen gösterilmiştir. Deneysel olarak belirlenen sıvı-sıvı denge verilerinin güvenirliği tespit etmek için Othmer-Tobias ve Hand korelasyonları kullanılmıştır. Kullanılan çözücülerin ekstraksiyon kabiliyetlerini belirlemek için deneysel bağlantı doğrusu verilerinden ayırma faktörü (S) ve dağılma katsayıları (Di) değerleri hesaplanmış ve çözücülerin ekstraksiyon kabiliyetleri karşılaştırılmıştır. Çalışılan solventler içinde en etkili olan limonen ve çözücü karışımları için de [%90 Limonen + %10 BMIM-PF6]  olarak belirlenmiştir. Sonuç olarak, kullanılan yeşil çözücüler ve karışımları propiyonik asitin sulu ortamdan geri kazanılmasında başarıyla kullanılmış ve hem insan hem de çevre sağlığı için değerli birer alternatif olabilecekleri gösterilmiştir. Ekstraksiyon sonrası çözücü geri kazanımı konusunda da bir çalışma yapmak, daha da ekonomik ve faydalı bir uygulamanın olmasına olanak verecektir.

Abstract:
Carboxylic acids are organic compounds that are formed by the combination of carbonyl and hydroxyl groups, obtained by chemical reactions or fermentation processes and is very important industrially. In this thesis, the extraction of propionic acid, an important carboxylic acid, from its aqueous solutions with different solvents was investigated. For the recovery of propionic acid from waste water and sub-industry products, liquid-liquid extraction or solvent extraction method was used due to its low energy requirement and low cost.
In this study, traditional solvents and environmentally friendly green solvents are used as solvents for the recovery of propionic acid from dilute solutions.  The experiments were carried out at atmospheric pressure and 25°C and the results obtained were compared both within themselves and with the literature. For the recovery of propionic acid from its aqueous solutions, the classical solvent is cyclopentanone from the ketone group, and (R)-(+)-limonene from the bio-based solvent group as green solvents and 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMIM-PF6) was used from ionic liquids.  At the same time, the effect of binary mixtures of (R)-(+)-limonene and BMIM-PF6 prepared in different ratios on the extraction was investigated. While selecting solvents for the extraction process, care has been taken to ensure that these triple and quadruple systems have not been studied before in the literature. Othmer-Tobias and Hand correlations were used to determine the reliability of the experimentally determined liquid-liquid equilibrium data. In order to determine the extraction capabilities of the solvents used, the separation factor (S) and dispersion coefficients (Di) values were calculated from the experimental tie line data and the extraction capabilities of the solvents were compared. The most effective among  the solvents studied was limonene solvent mixtures with a fraction of [90% Limonene + 10% BMIM-PF6]. As a result, the green solvents used and their mixtures have been successfully used for the recovery of propionic acid from the aqueous medium and it has been shown that they can be valuable alternatives for both human and environmental health. Conducting a study on solvent recovery after extraction will allow an even more economical and useful application.