Hidrotermal karbonizasyon ile gıda endüstrisi atıklarından yakıt ve manyetik karbon üretimi
Production of fuel and magnetic carbon from food industry wastes by hydrothermal carbonization
- Tez No: 819750
- Danışmanlar: PROF. DR. TAMER KARAYILDIRIM, DOÇ. DR. GÖZDE DUMAN TAÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Organik Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 117
Özet
Bu çalışmanın birinci kısmında, gıda sanayi atıklarından patates kabuğu, nar ve üzüm posasının yakıt olarak değerlendirilebilmesi araştırılmıştır. Bunun için biyokütle kaynakları 200, 225 ve 250 °C'de 30, 60, 120 ve 240 dakika gibi farklı bekleme sürelerinde hidrotermal karbonizasyona (HTK) tabi tutularak katı (hidroçar) ve sıvı ürünler elde edilmiştir. Elde edilen hidroçarların kül, uçucu madde, sabit karbon miktarları ile yakıt oranları, elementel bileşimleri, üst ısıl değerleri, enerji verimleri, yanma ve yakıt özellikleri, metal içerikleri, slagging ve fouling endeksleri güncel tekniklerle bulunmuş, sulu fazların ise toplam fenolik miktarları ve antioksidan aktiviteleri sırasıyla Folin-Ciocalteu ve TEAC yöntemleri ile incelenmiştir. HTK sonuçlarına bakıldığında artan sıcaklıkla beraber hidroçar verimi azalmıştır. Bu azalma, biyokütlelerin yapısındaki makro moleküllerin bozunması ile sıvı ve/veya gaz ürünlere dönüşmesinden kaynaklanmaktadır. Benzer şekilde artan sıcaklıkla birlikte patates kabuğu ve üzüm posası için kül içeriği, sabit karbon içeriği, yakıt oranı artmış ancak kül fraksiyonu azalmıştır. Nar posası için ise artan HTC sıcaklığı ile birlikte tüm parametrelerde artış gözlemlenmiştir. HTK sıcaklığı ve süresinin artışı ile tüm hidroçarlar için üst ısı değeri, enerji yoğunluğu oranı ve enerji verimleri değerlerinde artış gözlemlenmiştir. Bu artış, hidroçarlardaki karbon miktarlarının artışı ile paralellik göstermiştir. Hidroçarların yakıt özelliklerini bulmak için van Krevelen diyagramları çizilmiş ve tüm hidroçarların turba ve linyit kömürüne benzer özellikler gösterdikleri bulunmuştur. Hidroçarların yanma davranışları hava atmosferi altında TGA ile 20 C/dak ısıtma hızı ile 900C'ye kadar ısıtılarak incelenmiş ve yanmanın iki adımda gerçekleştiği gözlemlenmiştir. HTK ile elde edilen sıvı fazlardaki toplam fenolik bileşik miktarları tüm örnekler için artan sıcaklık ve süre ile azalırken antioksidant aktiviteleri artan sıcaklıkla birlikte önce artmış daha sonra düşmüştür. Çalışmanın ikinci kısmında ise nar posası, nar posasının hidrotermal karbonizasyonundan elde edilen hidroçar ve nar posasının pirolizinden elde edilen biyoçarın manyetik özellikleri incelenmiştir. Bunun için öncelikle nar posası, nar posasının hidrotermal karbonizasyonundan elde edilen hidroçar ve nar posasının pirolizinden elde edilen biyoçar, demir kaynağı olarak demir (III) klorür, alüminyum üretiminin atığı olan kırmızı çamur ve atık su arıtım tesislerinin atığı olan kimyasal çamur ile farklı oranlarda karıştırılarak ısıl işlemlere tabi tutulmuştur. Isıl işlemler azot, karbon dioksit ve su buharı gibi farklı atmosferler altında farklı sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Bu işlemler sonrasında elde edilen manyetik karbonların verimleri, kül ve metal içerikleri, FT-IR ile fonksiyonel grup analizleri, yüzey alanları ve yüzey özellikleri, XRD analizleri, VSM (Titreşimli örnek manyetometre) analizleri ve doyum manyetizasyonu özellikleri incelenmiştir. Karakterizasyon sonuçlarına göre en yüksek yüzey alanı 356,96 m2 /g ile ANP-KÇ-CO2 kodlu manyetik karbona aitken, en yüksek doyum manyetizasyonu ise 7,58 emu/g ile ANP-ERM-CO2 kodlu örnekte gözlemlenmiştir. Elde edilen manyetik karbonların atık sulardaki Cr(VI) iyonunu gidermeleri için adsorban olarak kullanımları da incelenmiştir. Bu işlem farklı pH'lerde (2-6), farklı adsorban miktarlarında (0,5-5 g/L) ve farklı bekleme sürelerinde (30-240 dk) yapılarak optimum şartlar araştırılmış ve optimum şartlar koşullar pH 2, adsorbant miktarı 2 g/L ve bekleme süresi 4 saat olarak bulunmuştur. Adsorpsiyon izotermleri incelendiğinde de izotermlerin Langmuir modeli ile uyumlu olduğu görülmüştür.
Özet (Çeviri)
In the first part of this study, the usage of potato peel, pomegranate, and grape pomace from food industry wastes as fuel was investigated. For this purpose, hydrothermal carbonization was performed for all biomasses at 200, 225 and 250 °C at different holding times such as 30, 60, 120 and 240 minutes and after hydrothermal carbonization (HTC) solid (hydrocar) and liquid products were obtained. The ash contents, volatile matter amounts, fixed carbon amounts, fuel ratios, elemental compositions, higher heating values, energy efficiencies, combustion and fuel properties, metal contents, slagging and fouling indices of the obtained hydrocars were determined by recent techniques, while the total phenolic amounts and antioxidant activities of the aqueous phases were found investigated by Folin-Ciocalteu and TEAC methods, respectively. When the HTC results are examined, the hydrochar yields decreased with increasing temperature. This decrease is due to the degradation of macromolecules in the structure of biomass and their transformation into liquid and/or gaseous products. Similarly, ash contents, fixed carbon contents, fuel ratios are increased with increasing temperature for potato peels and grape pomace, but the ash fraction was decreased at the same time. For pomegranate pomace, an increase was observed in all above mentioned parameters with increasing HTC temperature. With the increase in HTC temperature and time, the higher heating values, energy density ratios and energy efficiency values were increased for all hydrocars. These increases were in parallel with the increase in carbon amounts in hydrochars. To find the fuel properties of hydrocars, van Krevelen diagrams were drawn, and these diagrams showed that all hydrochars had a similar property to peat and lignite coal. The combustion behavior of hydrochars was investigated by heating up to 900 °C with 20 °C/min heating rate under the air atmosphere in TGA and it was observed that the combustion of all hydrochars took place in two main steps. The total amount of phenolic compounds in the aqueous phases obtained from HTC were decreased with increasing HTC temperature and time for all samples, while it was found that the antioxidant activities of aqueous phases firstly increased then decreased with increasing HTC temperatureIn the second part of the study, the magnetic properties of pomegranate pomace, hydrocarch obtained from hydrothermal carbonization of pomegranate pomace and biochar obtained from pyrolysis of pomegranate pomace were investigated. For this purpose, first of all, pomegranate pomace, hydrochar obtained from the hydrothermal carbonization of the pomegranate pomace, and biochar obtained from the pyrolysis of the pomegranate pomace were mixed with iron sources- iron (III) chloride, red mud which is the waste of aluminum production, and chemical sludge which is the waste of wastewater treatment plants in different proportions then heated. The heat treatments were carried out at different temperatures and under different atmospheres such as nitrogen, carbon dioxide and water vapor. The yields, ash and metal contents, functional group analyzes with FT-IR, surface areas and surface properties, XRD analyzes, VSM (Vibrating sample magnetometer) analyzes, and saturation magnetization properties of the obtained magnetic carbons were investigated. According to the characterization results, the highest surface area was 356.96 m2 /g belonged to the magnetic carbon coded ANP-KÇ-CO2, while the highest saturation magnetization was observed with 7.58 emu/g value for the sample coded ANP-ERM-CO2 with. The use of the obtained magnetic carbons as adsorbent in order to remove Cr(VI) ion in wastewater was also investigated. This process was carried out at different pH (2-6), different adsorbent amounts (0.5-5 g/L) and different waiting times (30-240 min) to investigate the optimum conditions. The optimum conditions were found as pH 2, adsorbent amount 2 g/L and 4 hours. When the adsorption isotherms were examined, it was observed that the isotherms were compatible with the Langmuir model.
Benzer Tezler
- Akıllı ambalaj olarak kullanılmak üzere elektro üfleme yöntemi ile nanoliflerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterisation of nanofibres by electro blowing method to be used as smart packaging
ÖZGE ATAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
BiyomühendislikKarabük ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YASİN AKGÜL
DR. ÖĞR. ÜYESİ CEMHAN DOĞAN
- Portakal küspesinden hidrotermal yöntemle biyokömür eldesi
The production of biochar from orange pomace by hydrothermal method
BUSE ATİLA
- Synthesis of hydrochar from waste corn cobs in subcritical water environment and microwave method and investigation of the effectiveness of synthesized hydrochars in ammonium removal from water
Subkritik su ortamında ve mikrodalga yöntemi ile atık mısır koçanından hidrokömür sentezi ve sentezlenen hidrokömürlerin sulardan amonyum gideriminde etkinliklerinin araştırılması
MUHAMMED GHASSAN ALJVANIEH
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
KimyaMersin ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDAL YABALAK
DR. ÖĞR. ÜYESİ CİHAN GEÇGEL
- Development of new carbonaceous material from grapefruit peel for the adsorption of Cu+2 ions
Cu+2 iyonlarının adsorpsiyonu için greyfurt kabuğundan karbon içerikli yeni malzeme geliştirilmesi
AYŞE SELCEN SEMERCİÖZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Gıda MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN BOZKURT
PROF. DR. FAHRETTİN GÖĞÜŞ
- Biyokütle bazlı grafitik karbon eldesi ve süperkapasitörlerde elektrot malzemesi olarak kullanımı
Production of biomass-derived graphitic carbon and its utilization as electrode material for supercapacitor
CANSU ŞEN