Bitki atıklarından yavaş salınımlı gübre üretimi için kitosan kapsül hazırlama
Preparation of chitosan capsule for slow release fertilizer production from plant waste
Yazar: SEMA TOFAN ATALAY
Danışman: PROF. DR. GÜLŞİN ARSLAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Gübre üretiminde dünyadaki rezervi sınırlı olan fosfat kaynakların hızla tükenmekte oluşu, yan ürün ve artıkları değerlendirecek yeni proseslerin geliştirilmesine yol açmıştır. Hızlı çözünen klasik gübrelerin ekonomik kayıplar yanında çevre kirlenmesine de yol açması yavaş salınımlı gübrelerin kullanımını gerekli hale getirmiştir. Organik gübreler, toprak düzenleyiciler ve enzim içerikli ürünlerin kullanımı; tarımsal verimliliğin artırılması, toprak yapısının iyileştirilmesi, insan sağlığının korunması ve çevre kirliliğinin önlenmesi amacıyla yaygınlaşmıştır. Son yıllarda tarımsal faaliyetlerde, organik ve yavaş salınımlı gübrelerin kullanılması çevresel ve ekonomik açıdan önem arz etmektedir. K-struvit, KMgPO4.6H2O yapısına sahip, zengin potasyum ve fosfor içeriğinden dolayı tarımda gübre olarak kullanım potansiyeli yüksek ve düşük çözünürlüğü sebebiyle yavaş salınım özelliğine sahip katı bir maddedir.
Bitki tohumları başta yağ sanayisi olmak üzere hammadde olarak geniş kullanıma sahiptir. Bitki tohumlarının yağlarının alınması sonucu elde edilen küspeleri doğrudan hayvan yemlerine katkı maddesi olarak ve öğütülerek de gıda katkı maddesi olarak kullanılmasına rağmen hala küspe atık miktarı çok fazladır ve çekirdek kabağı atıkları olarak sorun teşkil etmektedir. Bu tez kapsamında; kabak çekirdeği üretimi için yetiştirilen çekirdek kabağının, çekirdekleri alındıktan sonra ekonomik değeri bulunmayan ve endüstriyel olarak değerlendirilmeyen posasından yavaş salınımlı K-struvit elde edilerek organik nitelikte gübre olarak kullanılması ve çekirdek kabağı posasının tarımsal endüstriye geri kazandırılması amaçlanmıştır. Ayrıca; kabak çekirdeğinin yağı alındıktan sonra geriye kalan küspeden de yavaş salınımlı K-struvit elde edilmeye çalışılmıştır. Ekonomik değeri olmayan her iki atık da kurutulup, öğütüldükten sonra azot gazı atmosferinde pirolize tabi tutularak ve piroliz ürününün su ile ekstraksiyonuyla atıkların içerdiği potasyumun çözeltiye aktarılması sağlanmıştır. Piroliz ürününün sulu çözeltisine NaH2PO4.2H2O ve MgCl2.6H2O tuzları ilave edilerek, yavaş salınımlı gübre bileşeni olan potasyum magnezyum fosfat (potasyum-struvit, KMgPO4.6H2O) çöktürülerek elde edilmiş, proses şartları ve ürün karakteristikleri ortaya konulmuştur. 
Çalışmada, çekirdek kabağı posasındaki yaklaşık %80 oranında potasyumun geri kazanımının sağlanarak K-struvit elde edilmiştir. K-struvit, FT-IR, XRD ve SEM ile karakterize edilmiştir. Öncelikle bitkilerin üretim periyodunun her aşamasında kullanılabilen yavaş salınımlı gübre üretimi için kitosan kapsüller hazırlanarak, fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlenmiş ve sudaki salınımları tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Çekirdek kabağı (Cucurbita pepo L.), Kitosan, Kapsül, Potasyum struvit, Yavaş salınımlı gübre

Abstract:
The rapid depletion of phosphate resources, which have limited reserves in the world in fertilizer production, has led to the development of new processes to utilize by-products and residues. The fact that fast dissolving conventional fertilizers cause environmental pollution as well as economic losses has made the use of slow release fertilizers necessary. Use of organic fertilizers, soil conditioners and enzyme-containing products has become widespread to enhance agricultural productivity, improve soil structure, protect human health and prevent environmental pollution. In recent years, the use of organic and slow release fertilizers in agricultural activities has become environmentally and economically important. K-struvite is a solid substance with KMgPO4.6H2O structure, it has high potential for use as a fertilizer in agriculture due to its potassium and phosphorus rich content, and it exhibits slow release feature due to its low solubility.
Plant seeds are widely used as raw materials, especially in the oil industry. The pulp obtained as a result of the extraction of oils from plant seeds is directly used as animal feed or as a food additive by grinding, the amount of pulp waste from the pumpkin seed is still too high and poses a problem. Within the scope of this thesis; it was aimed to obtain slow-release K-struvite from the pulp of the pumpkin grown for pumpkin seed production, which does not have economic value and is not exploited industrially after the seeds are removed, to use the pulp of the pumpkin as an organic fertilizer and to return the pumpkin pulp to the agricultural industry. Also; slow-release K-struvite was obtained from the remaining pulp after removing the oil from the pumpkin seed. The potassium in the wastes was recoverded by drying and grinding both wastes of no economic value, and then subjecting them to pyrolysis in nitrogen atmosphere and extracting the pyrolysis product in water. NaH2PO4.2H2O and MgCl2.6H2O salts were added to the aqueous solution of the pyrolysis product, and potassium magnesium phosphate (potassium-struvite, KMgPO4.6H2O), which is a slow release fertilizer component, was obtained by precipitation, and the process conditions and product characteristics were demonstrated.
In the study, K-struvite was obtained by recovering approximately 80% of potassium in the pumpkin pulp. K-struvite was characterized by using FT-IR, XRD and SEM analyses. First of all, chitosan capsules were prepared for the production of slow-release fertilizers that can be used at every stage of the production period of the plants, the physical, chemical properties and the release profile of capsules in water were determined.

Keywords: Chitosan, Capsule, Pumpkin seed (Cucurbita pepo L.), Potassium struvite, Slow release fertilizer