Elektromembran prosesi ile NaOH, H3BO3 üretiminin ve optimizasyonunun incelenmesi
Investigation of the production and optimization of NaOH, H3BO3 by electromembrane process
- Tez No: 1011720
- Danışmanlar: PROF. DR. OSMAN NURİ ATA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Amaç: Bu çalışmada, herhangi bir reaktif kullanmadan ve sıvı atık üretmeden elektromembran prosesi ile borik asit (H3BO3 ) ve sodyum hidroksit (NaOH) üretimini mümkün kılacak çevreyle dost hibrit bir prosesin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Yöntem: Bu çalışmada, bipolar membranlı elektrodiyaliz (BMED) prosesi kullanılarak borik asit ve tuz içeren sentetik çözeltilerden eş zamanlı asit ve baz üretimi ile tuz ayrıştırılması hedeflenmiştir. Optimizasyon için, başlangıç tuz konsantrasyonu, asit ve baz konsantrasyonları, uygulanan akım ve akış hızı olmak üzere beş ana parametre belirlenmiş ve her biri dört seviyede Taguchi L16 ortogonal deney planı çerçevesinde sistematik olarak varyasyonları test edilmiştir. Deney sonuçları, ürün verimi, tuz dönüşüm oranı, akım verimliliği, enerji tüketimi ve ürün saflığı gibi performans kriterleri ışığında analiz edilmiştir. Optimum koşulların belirlenmesi için, elde edilen çoklu performans verileri Taguchi yöntemiyle desteklenen çok kriterli karar verme (ÇKKV) teknikleri olan TOPSIS ve MOORA yöntemleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Bulgular: Bipolar membranlı elektrodiyaliz (BMED) prosesi kullanılarak borik asit ve eş zamanlı asit-baz üretiminin optimizasyonu hedeflenmiştir. Taguchi deney tasarımı ile beş parametre (başlangıç tuz-H₃BO₃ konsantrasyonu, akım yoğunluğu, akış hızı, başlangıç asit-baz konsantrasyonu ve elektrolit konsantrasyonu) dört seviyede test edilmiş ve 16 farklı deneysel koşul oluşturulmuştur. Elde edilen sonuçlar, performans kriterleri (borik asit verimi, tuz dönüşümü, akım verimliliği, enerji tüketimi ve ürün saflığı) üzerinden değerlendirilmiş, varyans analizleri ile parametrelerin etkileri belirlenmiştir. Analizler, başlangıç tuz konsantrasyonu ve uygulanan akımın sistem performansı üzerinde en etkili faktörler olduğunu göstermiştir. Akış hızının artışı proses verimliliğini olumlu etkilerken, elektrolit konsantrasyonunun etkisi sınırlı kalmıştır. Çok kriterli karar verme yöntemleri (TOPSIS ve MOORA) ile en uygun parametre kombinasyonu seçilmiş ve doğrulama deneyleri ile desteklenmiştir. Borik asit kristallendirme süreci, karıştırma koşulları ve çözeltinin iyonik içeriği bağlamında incelenmiş; BMED ile %98,6 tuz giderimi sağlanarak ürün saflığı %99 ve üzerine yükseltilmiştir. Çalışma sonuçları, BMED prosesinin borik asit geri kazanımı ve asit-baz üretiminde enerji verimli, yüksek performanslı ve optimize edilebilir bir yöntem olduğunu ortaya koymaktadır. Sonuç: Bu çalışma sonucunda, çevreye duyarlı ve atık üretiminin minimize edildiği yenilikçi bir proses geliştirilerek, borik asit ve sodyum hidroksitin eş zamanlı ve yüksek verimlilikle üretilebileceği ortaya koyulmuştur. Bu proses, hem değerli kimyasalların geri kazanımını mümkün kılması hem de endüstriyel atıkların çevresel etkilerini azaltması açısından sürdürülebilir üretim hedefleriyle uyumlu bir yaklaşım sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Purpose: This allows the development of an environmentally friendly hybrid process that enables the production of boric acid (H3BO3) and sodium hydroxide (NaOH) via an electromembrane process that does not involve any reagents and produces liquid waste. Method: This efficient bipolar membrane electrodialysis (BMED) process aims to simultaneously produce acid and base from synthetic solutions containing boric acid and salt, thereby separating the salts. For optimization, five key parameters were determined: initial salt temperature, acid and base concentrations, applied current, and flow rate, and each parameter was systematically tested within a four-stage Taguchi L16 orthogonal experimental design. The experimental results were analyzed for the distribution of performance criteria such as product yield, salt conversion rate, current efficiency, energy consumption, and product safety. To determine the optimum conditions, the obtained performance data were evaluated using the Taguchi method, using the multi-criteria decision-making (MCDM) techniques TOPSIS and MOORA. Findings: Bipolar membrane electrodialysis (BMED) process aimed to configure boric acid and simultaneous acid-base production. Five parameters (initial salt-H₃BO₃ temperature, current density, flow rate, initial acid-base zones, and electrolyte temperatures) were tested over several years using the Taguchi experimental design and conditioned at 16 different four-terminal conditions. The obtained results were evaluated based on performance criteria (boric acid yield, salt consumption, current efficiency, energy consumption, and product purity), and variance analysis was used to determine the parameter values. The analyses showed that the initial salt temperature and applied current had an impact on system performance. While increasing the flow rate had positive effects on the process, the effect of electrolyte strength was limited. The most suitable parameter screening was determined using multi-criteria decision-making methods (TOPSIS and MOORA) and supported by experiments. The boric acid crystallization process was investigated in terms of mixing conditions and the ionic composition of the solution; with 98.6% salt removal achieved by BMED, product purity was increased to 99% and above. The study results demonstrate that the BMED process is an energy-efficient, high-performance, and optimized method for recovering boric acid and producing acid-base. Results: This study demonstrates that boric acid and sodium hydroxide can be produced simultaneously and at high efficiency by developing an advanced process that minimizes both waste and valuations. This process offers an approach compatible with sustainable production goals, including both the recovery of valuable chemicals and the reduction of industrial waste growth.
Benzer Tezler
- Anyon değiştirici membranlar kullanılarak asitlerin geri kazanılması
The Recovery of acids from wastewater materials by using of anion exchange membranes
İLKAY HİLAL GÜĞÜL
- Electro-membrane salt splitting process to produce lithium hydroxide
Elektro-membran tuz ayriştirma prosesi ile lityum hidroksit üretimi
ABDULLAH ZAHİD TURAN
Doktora
İngilizce
2016
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET NUSRET BULUTCU
- Polimer içerikli membranlar ile bazı metal katyonlarının yük taşıyıcılı ekstraksiyonu
Electro-driven extraction of some metal cations through the polymer inclusion membranes
CANAN ONAÇ
- Katı atık sızıntı sularının batık elektro-membran biyoreaktör sistemi ile arıtılabilirliğinin araştırılması
Investigation of solid waste leachate treatability by submerged membrane electro-bioreactor system
GÜLİZAR KURTOĞLU AKKAYA
Doktora
Türkçe
2018
Çevre MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SİNAN BİLGİLİ
- Polimerik destekli membranlar kullanarak bazı metal katyonlarının yük taşıyıcılı ekstraksiyonu
Elektrodriven extraction of some metal cations by using polimeric supported membranes
GAMZE ÇALIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
KimyaGazi ÜniversitesiFizikokimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYLİN AYTAÇ
PROF. DR. HAMZA KORKMAZ ALPOĞUZ