Kalsiyum içerikli farklı atıklardan üretilen heterojen katalizörlerin biyodizel üretiminde kullanımı
The use of heterogeneous catalysts produced from different including-calcium wastes in biodiesel production
Yazar: ÖZLEM BEDİR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TUBA HATİCE DOĞAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Temiz ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı olan biyodizel, genellikle homojen bir katalizör kullanılarak, bitkisel ya da hayvansal yağların metanol/etanol gibi bir alkolle transesterifikasyonu sonucu üretilmektedir. Ancak homojen katalizörlü biyodizel üretimi, reaksiyon sırasında istenmeyen bir durum olan sabun oluşumu, biyodizel saflaştırması sırasında çok fazla temiz su tüketimi, atık su deşarjı ve katalizörü uzaklaştırmada yaşanan zorluklar gibi pek çok dezavantaj içermektedir. Biyodizel üretiminde heterojen katalizörlerin (özellikle mükemmel katalitik aktiviteye sahip olan CaO' in) kullanımı ise, tepkimeyi basitleştirmekte ve yukarıda sayılan dezavantajları ortadan kaldırmaktadır. Çalışmanın amacı, kalsiyum zengini atıklardan hazırlanan heterojen katalizörlerin biyodizel üretiminde kullanımını araştırmaktır. 
Bu çalışmada, CaCO3 içeren farklı atıklardan kalsinasyon yoluyla heterojen katalizörler sentezlenmiştir. Şeker fabrikası atığı, mermer tozu, atık yumurta kabuğu, deniz kabuğu ve atık fayanslardan hazırlanan katalizörler, XRD, BET, TGA ve SEM analizleri ile karakterize edilmiştir. Hazırlanan her bir katalizör kullanılarak, aynı reaksiyon şartlarında (ağırlıkça %5 katalizör miktarı, 15:1 metanol:yağ molar oranı, 60oC reaksiyon sıcaklığı ve 2 saat reaksiyon süresi) ayçiçek yağı biyodizeli üretilmiştir. Katalizörlerin katalitik aktivitelerini karşılaştırmak için, onlardan üretilen biyodizel örneklerinin yağ asiti metil ester (YAME) verimleri ve bazı yakıt özellikleri analiz edilmiştir. 
Deneysel sonuçlar, en yüksek biyodizel verimine mermer tozu (%89.14) ve şeker endüstrisi atığı (%87.64) ile ulaşıldığını, atık fayansın ise biyodizel üretiminde hiçbir katalitik etkisinin olmadığını göstermiştir. 
Sonuç olarak denilebilir ki, bu çalışma ılımlı reaksiyon şartları ve atık değerlendirmesi içermesi, biyodizelin saflaştırılması sırasında temiz su tüketimi ve atık su deşarjı içermemesinden dolayı, biyodizelin katalizörden kaynaklı üretim maliyetlerini azaltabilir ve çevreye fayda sağlayabilir.

Abstract:
Biodiesel, which is a clean and sustainable energy source, is produced by the transesterification of vegetable or animal oils with an alcohol such as methanol/ethanol, generally using a homogeneous catalyst. However, the production of biodiesel with homogeneous catalyst has many disadvantages such as soap formation, which is an undesirable situation during the reaction, too much clean water consumption during biodiesel purification, waste water discharge and difficulties in catalyst removal. The use of heterogeneous catalysts (especially CaO, which has excellent catalytic activity) in biodiesel production simplifies the reaction and eliminates the disadvantages mentioned above. The aim of the study is to investigate the use of heterogeneous catalysts prepared from calcium-rich wastes in biodiesel production.
In this study, heterogeneous catalysts have been synthesized by calcination from different wastes containing CaCO3. Catalysts prepared from sugar factory waste, marble dust, waste eggshells, seashells and waste faiences, were characterized by XRD, BET, TGA and SEM analysis. Sunflower oil biodiesel was produced using each catalyst under the same reaction conditions (5% catalyst amount (w / w), 15: 1 methanol / oil molar ratio, 60°C reaction temperature and 2 hours reaction time). In order to compare the catalytic activities of the catalysts, the fatty acid methyl ester (FAME) yields and some fuel properties of the biodiesel samples produced from them were analyzed.
Experimental results showed that the highest biodiesel yield was achieved with marble dust (89.14%) and sugar industry waste (87.64%), while waste faience had no catalytic effect in biodiesel production.
As a result, it can be said that this study can reduce the catalyst-related production costs of biodiesel and benefit the environment, since it includes moderate reaction conditions and waste assessment, and does not include clean water consumption and waste water discharge during the purification of biodiesel.