Ultrases sisteminde atık ayçiçek yağından heterojen katalizörlerle biyodizel sentezi ve çevresel etki değerlendirmesi
Synthesis of biodiesel from waste sunflower oil using heterogeneous catalysts in an ultrasound system and environmental impact assessment
- Tez No: 1014025
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BAŞAK TEMUR ERGAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kömür, doğal gaz ve petrol kaynaklı enerjilere artan talep, günümüzün iki endişe verici krizi olan küresel ısınma ve iklim değişikliğine olumsuz olarak katkıda bulunmaktadır. Fosil yakıtların kullanımıyla ilişkili diğer çevresel sorunlar arasında özellikle sera gazlarının emisyonu, ozon tabakasının incelmesi ve hava kirliliği yer almaktadır. Bu artan enerji talebini ve fosil yakıtların olumsuz etkilerini çevreye duyarlı bir şekilde karşılamak için yenilenebilir bir enerji kaynağı olan biyodizel yakıtın üretim sürecinin geliştirilmesi son yıllarda yoğun çalışılan konular arasındadır. Alternatif bir yakıt olan biyodizel, çeşitli yöntem ve katalizörler ile uzun yağlı asit zincirlerine sahip bitkisel veya hayvansal yağlardan elde edilen yenilenebilir bir yakıt türüdür. Diğer taraftan, birçok araştırmacı yüksek verimliliği, homojen ısıtma sağlaması ve etkin karıştırma özelliği nedeniyle Ultrason (US) enerji teknolojisine odaklanmaktadır. Düşük veya yüksek frekanslı US enerjisi, biyodizel üretiminde ultrasonik kavitasyon yoluyla reaktanlar arasındaki kütle transferini iyileştirerek biyodizel üretiminde heterojen katalizörlerin etkinliği artırma, enerji sarfiyatını ve dolayısıyla üretim maliyetini azaltma gibi çok önemli avantajları olan bir teknolojidir. Bu bilgiler ışığında, tez çalışmasında, hammadde olarak atık Ayçiçek yağı, bir atık alkol türü olan metanol ve doğal-atık kaynaklardan edilen heterojen katalizörler kullanılarak düşük frekanslı ultrason (US)-destekli biyodizel üretimi, yenilikçi ve sürdürebilir yaklaşımla araştırılmıştır. Çalışmada, heterojen katalizör türü (kalsine dolomit, kalsine karışık deniz kabuğu, biyokütleden elde edilen biyokömür), katalizör miktarı (% ağırlıkça yağ), metanol/yağ mol oranı (nm/no), sıcaklık (T,°C), reaksiyon süresi (t, dk) ve US gücü (P,W) olmak üzere altı parametre tek seferde tek değişken (OVAT) optimizasyon yöntemine göre araştırılmış ve bu parametrelerin optimum değerleri, katalizör türü= kalsine karışık deniz kabuğu, katalizör miktarı= yağ ağırlığının %3'ü, nm/no = 6, P= 34.4 W, T= 65°C ve t= 60 dk olmak üzere deneysel olarak %99.8'luk maksimum biyodizel verimi ile belirlenmiştir. Daha sonra optimum şartlarda US-destekli ve geleneksel (CH) yöntem ile yürütülen çalışmalarla, US teknolojisinin kinetik, termodinamik ve ekonomik etkilerini kıyaslamalı olarak oraya konmuştur. Çalışmada, farklı sıcaklıklarda yapılan kinetik çalışmalarda iki yöntem içinde yalancı birinci dereceden kinetik reaksiyon hız modeli, yüksek korelasyon katsayılarıyla güçlü bir uyum gösterirken (R 2 ≥ 0,99). Hesaplanan aktivasyon enerjisi (Ea) ve ön üstel faktörün (A0) değerleri de birbirine çok yakın bulunmuştur. Ancak, US kullanılarak elde edilen biyodizel veriminin, aynı reaksiyon süresi altında geleneksel yöntem ile elde edilenden biyodizelin veriminden %65,4 daha yüksek bulunmuştur. Dahası, US yöntemi ile üretilen biyodizelin kalitesi, FT-IR spektrumlarına, kinematik viskoziteye, yoğunluk ölçümlerine ve yakıt performans analizine göre standart spesifikasyonlarla daha uyumlu olduğu bulunmuştur. Ek olarak, US sistemi, geleneksel sisteme kıyasla enerji tüketiminde %43,4, üretim maliyetlerinde %62,4 ve enerji kullanımı bakımından CO2 emisyonunda %43,0 oranında azalma sağlamıştır.
Özet (Çeviri)
The increasing demand for energy from coal, natural gas, and oil negatively contributes to global warming and climate change, two of today's most alarming crises. Other environmental problems associated with the use of fossil fuels include greenhouse gas emissions, ozone depletion, and air pollution. To meet this increasing energy demand and the negative impacts of fossil fuels in an environmentally conscious way, the development of the biodiesel fuel production process, a renewable energy source, has been a subject of intense research in recent years. Biodiesel, an alternative fuel, is a type of renewable fuel obtained from vegetable or animal oils with long fatty acid chains using various methods and catalysts. On the other hand, many researchers are focusing on Ultrasonic (US) energy technology due to its high efficiency, homogeneous heating, and effective mixing properties. Low or high frequency US energy is a technology with significant advantages in biodiesel production, such as improving mass transfer between reactants through ultrasonic cavitation, increasing the efficiency of heterogeneous catalysts, reducing energy consumption, and consequently lowering production costs. In light of this information, this thesis investigates the production of low-frequency ultrasound (US)-assisted biodiesel using waste sunflower oil as raw material, methanol (a type of waste alcohol), and heterogeneous catalysts obtained from natural and waste sources, employing an innovative and sustainable approach. In this study, six parameters— heterogeneous catalyst type (calcined dolomite, calcined mixed seashells, biochar derived from biomass), catalyst amount (%wt. oil), methanol/oil molar ratio (nm/no), temperature (T,°C), reaction time (t, min), and US power (P,W)—were investigated using the single-variable (OVAT) optimization method. The optimum values for these parameters were experimentally determined with a maximum biodiesel yield of 99.8%, using catalyst type = calcined mixed seashells, catalyst amount = 3% of oil weight, nm/no = 6, P = 34.4 W, T = 65°C, and t = 60 min. Subsequently, the kinetic, thermodynamic, and economic effects of US technology were comparatively presented through studies conducted with US-assisted and conventional (CH) methods under optimum conditions. In this study, kinetic studies conducted at different temperatures showed that the pseudo-first-order kinetic reaction rate model exhibited strong agreement with high correlation coefficients (R² ≥ 0.99) for both methods. The calculated activation energy (Ea) and the exponential factor (A0) values were also found to be very close to each other. However, the biodiesel yield obtained using the US method was found to be 65.4% higher than that obtained with the conventional method under the same reaction time. Furthermore, the quality of biodiesel produced with the US method was found to be more in line with standard specifications according to FT-IR spectra, kinematic viscosity, density measurements, and fuel performance analysis. In addition, the US system resulted in a 43.4% reduction in energy consumption, a 62.4% reduction in production costs, and a 43.0% reduction in CO2 emissions compared to the conventional system.
Benzer Tezler
- Minimization of excess sludge production in the treatment of municipal wastewaters by using membrane bioreactor-ultrasound combined systems
Evsel atıksuların arıtılmasında oluşan atık çamurların membran biyoreaktör-ultrases birleşik sistemleri ile minimizasyonu
AYŞE AKYAPI
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Çevre MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiÇevre Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEN ERDİNÇLER
- Renkli atıksulardan endüstriyel atık malzeme (liç atığı) kullanılarak adsorpsiyon sisteminde boya giderimi
Colour removal from aqueous solutions with the use of industrial waste material (leach waste) through the adsorption system
MUHAMMED KAMİL ÖDEN
Doktora
Türkçe
2015
Çevre MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SEZEN KÜÇÜKÇONGAR
- Erzurum biyolojik atıksu arıtma tesisinde sıfır atık yaklaşımı ile enerji potansiyelinin artırılması
Increasing energy potential with a zero waste approach in Erzurum biological wastewater treatment plant
MELİK BAYRAKÇEKEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Çevre MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGÜN YILDIZ
- Tane boyutu optimize edilmiş en yüksek dolgu faktörüne göre F ve C sınıfı uçucu küllerin çimento harçlarına etkisi
Effect of C and class F ashes on cement mortars according to the maximum fill factor optimized for particle size
AHMET FİLAZİ
Doktora
Türkçe
2020
İnşaat MühendisliğiKırıkkale Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLHAMİ DEMİR
- Evsel koşullarda kirlenmiş olan suların tekrar kullanılabilirliği için farklı dezenfeksiyon yöntemlerinin incelenmesi
The investigation of different disinfection methods for recovery of household greywater
PERVİN SAYGIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Mikrobiyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK TÜTER