Biyodizel üretimi için Ca ve Mg temelli hidrotalsit benzeri katalizörlerin tasarımı ve geliştirilmesi

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2019

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: EMİNE EMEL ÇAKIRCA

Danışman: Ayşe Nilgün Akın

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Tez kapsamında, üçüncü nesil hammadde kaynağı olan atık yağlardan ve mikroalg yağlarından biyodizel eldesi hidrotalsit benzeri yapılar üzerinden incelenmiştir. Çalışmada öncelikli hedef; transesterifikasyon sürecinde aktifliğini kaybetmeyen, uzun ömürlü, tekrar kullanılabilir, çevresel etkileri az heterojen katı katalizörlerin tasarlanmasıdır. Bu amaçla Ca+2, Mg+2 ve Al+3 metalleri içeren hidrotalsit benzeri yapılar Al+3 / Ca+2+Mg+2+Al+3 molar oranı 0,25 ve 0,33 olacak şekilde, birlikte çöktürme yöntemi ile hazırlanmıştır. Hidrotalsit yapısındaki Ca miktarı ise Ca/Mg molar oranı 0, 0,5, 1, 2 ve Mg/Ca molar oranı 0 olacak şekilde belirlenmiştir. Hazırlanan katalizörler kül fırınında 800°C'de 5 saat süre ile kalsine edilerek istenen aktif metal oksit formlarına dönüştürülmüştür. Katalizörlere uygulanan fiziksel karakterizasyon testlerinden XRD, BET, FTIR, SEM/EDS, ICP/OES ve TGA analizleri katalizörlerin yüzey özellikleri ve faz dağılımları hakkında bilgi vermiştir. Karakterizasyon testleri, MgAl hidrotalsit yapısına Ca+2 ilavesi ile katalizörün çok fazlı bir yapıya sahip olduğunu; transesterifikasyon için uygun mezogözenekli yapıların oluştuğunu ve Ca+2'nin MgAl hidrotalsit yapısına uyguladığı deformasyonu göstermiştir. Ca+2 ilavesi ile elde edilen bazik kuvvetler, katalizörün transesterifikasyon reaksiyonunda aktifliğini arttırmıştır. Elde edilen katalizörlerin katalitik aktiviteleri atık yağların ve mikroalg yağının metanol ile transesterifikasyonunda incelenmiştir. İlk olarak, ticari bir yemek firmasının Atık Yağ_1 kodlu yağının CaMgAl hidrotalsit benzeri katalizörler kullanılarak biyodizele dönüşümü gerçekleştirilmiştir. Katalizörler arasında 0.33CaAl katalizörü ile 65°C'de 5 saatlik reaksiyon süresinde, ağırlıkça %3 katalizör miktarı ve 6:1 alkol/yağ molar oranında %96 yağ asiti metil ester (YAME) içeriği elde edilmiştir. Ticari bir biyodizel firmasının atık yağı olan Atık Yağ_2 ve mikroalg yağlarının da aynı koşullarda sırası ile %78 ve %88 YAME içeriğine sahip oldukları görülmüştür. Bu farklılığa yağların farklı yağ asiti kompozisyonuna sahip olmaları neden olmuştur. 0.33CaAl katalizörünün tekrar kullanılabilirlik çalışması Atık Yağ_1 yağının transesterifikasyonunda incelenmiş ve ilk dört kullanımda katalizör aktivitesinde azalma olmamıştır. Katalizörün tekrar kullanılabilirlik testleri 0.33CaAl katalizörünün reaksiyon içinde çözündüğünü göstermiştir. En aktif katalizör üzerinden elde edilen biyodizelin yakıt testleri Avrupa Biyodizel Standardı EN 14214'ün sınırları içerisindedir.