İyonik sıvı-amin ikili sisteminin Co2 absorpsiyonu kinetiği
Kinetics of Co2 absorption of ionic liqud-amine dual system
Yazar: MERVE ÖZKUTLU
Danışman: PROF. DR. HÜLYA YAVUZ ERSAN ; PROF. DR. ERDOĞAN ALPER
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Karbon dioksitin yakalanmasında kullanılan ticari alkanol amin proseslerinin yüksek rejenerasyon enerjisi gerektirmesi, çözücü kayıpları, korozif etki gibi dezavantajları bulunmaktadır. Bu dezavantajları indirgemek için farklı çözücülerin avantajlarının birleştirilmesini hedefleyen ikili sistemler geliştirilmiştir. Bu tez çalışması kapsamında hekzanol ortamında iyonik sıvı - DEA ve iyonik sıvı - DBU ikili sistemlerinin kinetik performansları incelenmiştir.
Bu çalışmada iyonik sıvı olarak düşük viskoziteli, CO2 çözünürlüğü ve seçiciliği yüksek olan 1-butil-3-metil imidazolyum bis(trifulorometilsulfonil)imid ([bmim][Tf2N]) tercih edilmiştir. Amin olarak dietanol amin (DEA) ve organik tutucu olarak 1.8-diazabicyclo 5.4.0 undec-7-ene (DBU) tercih edilmiştir. Gaz-sıvı temas reaktöründe gerçekleştirilen çalışmalarla farklı kütlece yüzdelere sahip ikili sistemlerin absorpsiyon kapasitesi ve başlangıç absorpsiyon hızı değerleri hesaplanmıştır. Gerçekleştirilen ardışık absorpsiyon ve desorpsiyon işlemleri sonrasında gözlemlenen performans kayıpları değerlendirilmiştir.
Termal gravimetrik analiz yöntemiyle ikili sistemlerin en uygun desorpsiyon sıcaklıkları belirlenmiş, yapılan FT-IR analizleriyle de ikili sistemler karbon dioksit arasında gerçekleşen tepkimelerin tersinir olduğu tespit edilmiştir.
Son olarak durdurulmuş akış reaktörü ile farklı derişim ve sıcaklıklarda ikili sistemlerin birinci derecemsi tepkime hız sabitleri ölçülmüştür. Bu hız sabitlerinden yararlanarak ve üç moleküllü tepkime mekanizması eşitlikleri kullanılarak ileri yöndeki tepkime hız sabitleri hesaplanmıştır. DBU'nun DEA'ya göre daha hızlı tepkimeye girdiği tespit edilmiştir. 
Çalışma sonucunda artan DEA ve DBU miktarının çözeltilerin absorpsiyon kapasitesi ve hızını arttırdığı, artan iyonik sıvı miktarının çözeltilerin termal kararlılığını arttırdığı tespit edilmiştir. 1 mol amin başına 0.76 mol CO2 yakalayan iyonik sıvı - DBU ikili sisteminin literatürdeki çalışmalara göre daha üstün absorpsiyon kapasitesine sahip olduğu bulundu.

Abstract:
Commercial alkanol amine processes which used for carbon dioxide capture, have some disadvantages such as high regeneration energy requirement, solvent losses and corrosiveness. Dual system that aims to combine advantages of different solutions has been developed in order to reduce this disadvantages. In this study, kinetic performances of ionic liquid – DEA and ionic liquid – DBU dual systems in hexanol media has been studied.
In this study, 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([bmim][Tf2N]) has been preferred as an ionic liquid for its low viscosity, high CO2 solubility and  selectivity. Diethanol amine (DEA) and 1.8-diazabicyclo 5.4.0 undec-7-ene (DBU) has been preferred as an amine and CO2 binding organic liquid. Absorption capacity and initial absorption rate of dual systems with different weight percent have been calculated from the works on gas-liquid contact reactor. Performance loses after cyclic absorption - desorption processes have been evaluated.
Optimum desorption temperatures of dual system have been determined by thermal gravimetric analysis. Also by FT-IR analysis, It has been determined that the reaction between carbon dioxide and dual system is reversible.
Finally, pseudo first order reaction rate of dual systems have been measured at stop flow reactor at different concentrations and temperatures. By using termolecular reaction mechanism equations, constants of the forward reaction had been calculated. The rate constant of DBU was found higher than the rate constant of DEA. 
In this study it has been reached that increasing of DEA and DBU amount leads to increasing absorption capacity and absorption rate, increasing ionic liquid amount leads to increasing thermal stability. It has been found that ionic liquid - DBU dual system has higher absorption capacity than literature with a capacity of 0.76 mol CO2 per 1 mole amine.