Heterojen katalizörlerin hidrojenasyon sırasında yağ asitleri izomerleri oluşumuna etkisi
The effect of heterogenous catalysts on the formation of fatty acid isomers during hydrogenation
Yazar: MELİH ÇİZMECİ
Danışman: PROF.DR. MUAMMER KAYAHAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Hidrojenasyon = Hydrogenation ; Nikel = Nickel ; Palladyum = Palladium ; Rutenyum = Ruthenium ; Soya yağı = Soybean oil

Özet:
Bu çalışmada, heterojen katalizörlerin çeşit ve konsantrasyonlarının izomer yağ asitleri oluşumu üzerine etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla iki nikelli [Nysosel 222 (N222), (Ni/SiO2, %22 Ni); SP10 (Ni/Al2O3, %21 Ni)], iki paladyumlu [Pd/Karbon (Pd/C), (%5 Pd); Pd/Al2O3 (Pd/A), (%10 Pd)] ve bir de rutenyumlu [Ru/Karbon (Ru/C), (%5 Ru)] olmak üzere beş farklı katalizör kullanılmıştır. N222 katalizörü 200, 300 ve 400 ppm, SP10 katalizörü 1000, 1500 ve 2000 ppm, Pd/C katalizörü 2.5, 5 ve 10 ppm oranlarında uygulanırken, Pd/A ve Ru/C katalizörleri ise 25, 50 ve 100 ppm oranlarında kullanılmıştır. Hidrojenasyonlarda nötr soya yağı kullanılmış ve tüm tepkimeler 165±0.5°C sıcaklık, 2±0.04 bar hidrojen basıncı ve 500±5 devir/dakika karıştırma hızı altında gerçekleştirilmiştir. Tepkimeleri izlemek için 10 dakika aralıklarında alınan yağ örneklerinin; trans ve genel yağ asitleri dağılımları, kayma noktaları, katı yağ oranları ile iyot sayıları saptanmış ve seçicilik değerleri ile tepkime hız sabiteleri hesaplanmıştır. Katalizörlerin trans asit oluşturma yetenekleri SP10 > Pd/C > Pd/A > Ru/C > N222 olmakla birlikte, katalizör oranlarındaki değişikliklerin trans asit oluşumuna etkili olmadığı belirlenmiştir. Trans asit oluşumunun aksine özellikle N222, Pd/C ve Pd/A katalizörleri için, uygulanan konsantrasyonun seçicilik değerleri üzerinde etkili olduğu belirlenirken, Ru/C katalizörü için böyle bir etki saptanamamıştır. SP10 katalizörünün en yüksek S21 seçicilik değerine sahip olduğu saptanırken, en düşük seçicilik değerleri Ru/C katalizörü için elde edilmiştir. Nikelli ve paladyumlu katalizörlerin kullanılmasıyla elde edilen hidrojene yağların iyot sayıları ve kayma noktaları arasındaki ilişkilerde benzerlik görülürken, rutenyum katalizörü ile benzer iyot sayılarında daha yüksek kayma noktalarına sahip olan yağlar elde edilmiştir. İyot sayısı yaklaşık 85 olan örneklerde en yüksek katı yağ oranı 21.1°C'de Pd/C katalizörü ile elde edilirken, 33.3°C'de Ru/C katalizörü ile hidrojene edilen yağlara ait olduğu belirlenmiştir. Tepkimelerin genel hız sabiteleri, katalizörlerin metal konsantrasyonlarına bölündüğünde, katalizörlerin aktivite bakımından sıralanması ise Pd/C >> Pd/A > Ru/C > N222 >> SP10 olarak belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler: Hidrojenasyon, heterojen katalizörler, soya yağı, nikel, paladyum, rutenyum, yağ asidi izomerleri, kayma noktası, katı yağ oranı

Abstract:
In this study, the effects of heterogeneous catalyst type and concentrations on isomer fatty acid formation were investigated. For this aim, two nickel [Nysosel 222 (N222), (Ni/SiO2, %22 Ni); SP10 (Ni/Al2O3, %21 Ni)], two palladium [Pd/Carbon (Pd/C), (%5 Pd); Pd/Al2O3 (Pd/A), (%10 Pd)] and one rutenium [Ru/Carbon (Ru/C), (%5 Ru)] catalysts were used. The ratios of N222 were 200, 300 and 400 ppm while they were 1000, 1500 and 2000 ppm for SP10. Pd/C was used in the ratios of 2.5, 5 and 10 ppm whereas concentrations of both Pd/A and Ru/C were 25, 50 and 100 ppm. Neutralized soybean oil was used in all hydrogenation reactions which were carried out at 165±0.5°C, 2±0.04 bar hydrogen pressure and 500±5 rpm stirring rate. In order to monitor the reactions, fatty acid composition, trans isomer formation, slip melting point (SMP), solid fat content (SFC) and iodine number (IV) were determined in the samples withdrawn at 10 min intervals of the reactions, and selectivity values and reaction rate constants were calculated. Trans-promoting order of the catalysts was SP10 > Pd/C > Pd/A > Ru/C > N222 whereas changes in catalyst ratios had no effect on trans formation. In contrast to trans formation, the catalyst ratio was found to be effective on selectivity values especially for N222, Pd/C and Pd/A; however, there was no such effect for Ru/C catalyst. SP10 catalyst had the highest S21 selectivity while the lowest values were obtained for Ru/C. Similar relationships between IV?s and SMP?s were found for nickel and palladium catalysts whereas higher SMP?s were obtained at the same IV?s with Ru/C catalyst. At about 85 IV, the highest SFC at 21.1°C was obtained with Pd/C while Ru/C had the highest SFC at 33.3°C. Catalytic activities were obtained by dividing reaction rates to catalyst metal concentration and the order was Pd/C >> Pd/A > Ru/C > N222 >> SP10.Key Words: Hydrogenation, heterogenous catalysts, soybean oil, nickel, palladium, ruthenium, fatty acid isomers, slip melting point, solid fat content