Pervaporasyon katalitik membran reaktörde yakıt biyokatkılarının üretimi
The production of fuel bioadditives in the pervaporation catalytic membrane
Yazar: DERYA ÜNLÜ
Danışman: PROF. DR. NİLÜFER HİLMİOĞLU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Küresel ısınma çağımızın en büyük problemlerinden biridir. Hem çevreye verdiği zararlar hem de petrol kaynaklarının kaçınılmaz tükenişi, biyokütle gibi yenilenebilir ve doğal hammadde kaynakları ile üretilen alternatif enerji kaynaklarına olan ilgiyi arttırmıştır. Çevre dostu olması dolayısıyla biyokütlenin hammadde kimyasallarına ve değerli biyoyakıtlara/biyokatkılara dönüşümü son yıllarda giderek artan bir ilgiye sahiptir. Bu tez çalışmasında da yakıt biyokatkı maddeleri etil levulinat ve triasetin yüksek verimle, kısa sürede, ılımlı (atmosfer basıncı, düşük sıcaklık, minimum molar besleme oranı, minimum katalizör miktarı gibi) proses koşullarında, saf olarak ekonomik ve çevreci bir proses olan pervaporasyon katalitik membran reaktörde sentezlenmiştir. Etil levulinat sentezi için hidroksietil selüloz ve kitosan; triasetin sentez için polivinil alkol polimerleri membran malzemesi olarak kullanılmıştır. Homojen ve heterojen katalizörler polimer matrikse yerleştirilerek katalitik özellikte membranlar üretilmiştir. Etil levulinat sentezinde hidroksietil selüloz membrana tungstosilisik asit, laboratuvarda hazırlanan zirkonyum oksit destekli tungstosilisik asit ve sülfatlanmış zirkonyum heterojen katalizörleri ilave edilerek katalitik membranlar hazırlanmıştır. Ayrıca homojen katalizör sülfosüksinik asit kitosan polimerine ilave edilerek elde edilen fonksiyonel katalitik membran etil levulinat sentezinde kullanılmıştır. Triasetin sentezi için ise fosfomolibdik asit katalizörü ile yüklü katalitik kompozit polivinil alkol membran hazırlanmıştır. Reaksiyon sıcaklığının, katalizör miktarının ve molar besleme oranının dönüşüm, akı ve seçicilik üzerine etkisi incelenerek yorumlanmıştır. Elde edilen dönüşüm değerleri kesikli reaktör ile karşılaştırılmış, pervaporasyon katalitik membran reaktörün dönüşümü arttırmadaki etkinliği ortaya konmuştur.

Abstract:
Global warming is one of the biggest problems of our time. Increasing the consume of petroleum resources and environmental pollution, use of renewable and natural raw material resources as biomass and its conversion into alternative energy resources have received a great deal of attention in the last years. Because the conversion of biomass for the production of chemicals and valuable fuels is an environmental process. The aim of this thesis is to synthesis of pure ethyl levulinate and pure triacetin at economic and environmental friendly process pervaporation catalytic membrane reactors with high yield and under moderate conditions (atmospheric pressure, low temperature, minimum molar feed ratio, minimum catalyst amount etc.) in a short time.Hydroxyethyl cellulose and chitosan for synthesis of ethyl levulinate and poly(vinyl alcohol) synthesis of triaceti were used as membrane materials. Homogeneous and heterogeneous catalysts were immobilized in the polymer matrix for the production of catalytic membranes. Tungstosilicic acid, zirconia supported tungstosilicicacid and sulfated zirconia are used as catalyst for the preparation of hydroxyethyl cellulose catalytic membrane by using ethyl levulinate production. Heterogeneous catalysts zirconia supported tungstosilicicacid and sulfated zirconia were also prepared in the laboratory. Furthermore, homogeneous catalyst sulfosuccinic acid was added to chitosan polymer and functional catalytic membrane was prepared for ethyl levulinate synthesis. The phosphomolybdic acid loaded catalytic composite polyvinyl alcohol membrane was also prepared for the triacetin synthesis. The effects of reaction temperature, catalyst amount and molar feed ratio of ethanol on the conversion, flux and selectivity values were investigated and interpreted.In order to show the efficiency of pervaporation catalytic membrane reactor process, conversion values were compared with batch reactor under the same reaction conditions and it was found that the PVCMR showed higher performance with regard to the batch reactor.