Geri Dön

Biyoyağdan asidik katalizörler eşliğinde değerli bileşiklerin eldesi

Synthesis of valuable compounds from bio-oil using acidic catalysts

PDF İndir

  1. Tez No: 967336
  2. Yazar: OGÜN TAŞTAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NURAY OKTAR, DOÇ. DR. BİRCE PEKMEZCİ KARAMAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Gazi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Yüksek lisans çalışması kapsamında, artan enerji ihtiyacı ve fosil yakıtların tükenmesi karşısında, biyo-yakıt üretimini optimize etmeye yönelik katalitik parçalanma süreçlerini detaylı bir şekilde ele almaktadır. Biyo-yağın yüksek oksijen ve su içeriği, düşük kalorifik değeri gibi dezavantajlarını gidermek amacıyla düşük kok oluşumuna sahip katalizörlerin sentezi hedeflenmiştir. Bu kapsamda, literatürde yaygın olarak kullanılan ticari HZSM-5 ve Al₂O₃ (alümina) katalizörleri tercih edilerek, yüzey modifikasyonlarının dönüşüm ve ürün seçiciliği üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Biyo-yağın oksijen içeriğinin azaltılması için hidrodeoksijenasyon süreci yüksek maliyet, yüksek basınç ve güvenlik riskleri taşıdığı için alternatif olarak katalitik parçalanma reaksiyonları benimsenmiştir. Katalizörlerin asiditelerini kontrol etmek ve katalitik performanslarını iyileştirmek amacıyla 1 M borik asit (H₃BO₃) ve 1 M fosforik asit (H₃PO₄) ile yüzey modifikasyonları uygulanmıştır. Deneylerde, biyo-yağı modellemek amacıyla formik asit, hidroksipropanon (HPO) ve furfural içeren bir karışım, %70 oranında etanol eş-reaktan olarak kullanılarak 400°C sıcaklıkta reaksiyona girmiştir. Çalışma kapsamında sentezlenen katalizörlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri N₂ adsorpsiyon-desorpsiyon (BET), X-ışını Kırınım Deseni (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Piridin adsorplanmış FTIR (DRIFTS) ve Endüktif Plazma Optik Emisyon Spektrometresi (ICP-OES) gibi karakterizasyon teknikleriyle incelenmiştir. Reaksiyon sonrası katalizörlerdeki kok birikimi ise Termogravimetrik Analiz (TGA) ile değerlendirilmiştir. Fosforik asit ile modifiye edilen HZSM-5'in yüzey alanı 56 m²/g'den 380 m²/g'ye yükselerek reaktanların aktif bölgelere erişimini artırdığı tespit edilmiştir. Hidrokarbon seçiciliği açısından en dikkat çekici sonuç %90,94 olefin seçiciliği ile H₃BO₃ ile muamele edilmiş Al₂O₃ katalizöründen elde edilmiş olup, bu durum borik asit muamelesinin olefin üretimini teşvik ettiğini göstermektedir. Katalizörlerin kullanım ömürleri açısından yapılan TG analizlerinde en düşük kok birikimi %2,31 kütle kaybıyla H₃PO₄ ile muamele edilmiş HZSM-5 ve %2,67 kütle kaybıyla H₃PO₄ ile muamele edilmiş Al₂O₃ katalizörlerinde gözlemlenmiş olup, fosforik asit muamelesinin katalizörün kullanım ömrünü uzatarak karbon birikimini azalttığı doğrulanmıştır. XRD analizleri, asit muamelesine rağmen katalizörlerin kristal yapılarının korunduğunu ve ticari formlarıyla benzerlik gösterdiğini doğrulamıştır. Sonuç olarak, bu tez çalışması, biyo-yağın değerli hidrokarbonlara dönüştürülmesi sürecinde katalizörün asitle modifikasyonlarının dönüşüm verimi, hidrokarbon seçiciliği ve katalizör ömrü üzerindeki kritik rolünü ortaya koymaktadır.

Özet (Çeviri)

Within the scope of this master's thesis, biofuel production is optimized through catalytic cracking processes to address increasing energy demand and the depletion of fossil fuels. The primary objective is to synthesize long-lasting catalysts with minimal coke formation to overcome the high oxygen and water content, low calorific value, and high acidity of bio-oil, which hinder its direct use as a fuel. Commercial HZSM-5 and Al₂O₃ (alumina) catalysts, widely utilized in hydrocarbon production, were selected, and surface modifications were performed to investigate their impact on reactant conversion and product selectivity. Due to the high cost, pressure requirements, and safety risks associated with hydrodeoxygenation, catalytic cracking was chosen as a safer and more economical alternative for oxygen content reduction. To control catalyst acidity and enhance catalytic performance, 1 M boric acid (H₃BO₃) and 1 M phosphoric acid (H₃PO₄) treatments were applied. Experimental studies were conducted using a bio-oil model composed of formic acid, hydroxypropanone (HPO), and furfural, with ethanol (70% v/v) as a co-reactant in a continuous-flow packed bed reactor at 400°C. The synthesized catalysts were characterized using N₂ adsorption-desorption (BET), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), pyridine-adsorbed FTIR (DRIFTS), and inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES), while coke deposition after reactions was analyzed via thermogravimetric analysis (TGA). Reaction experiments with ethanol as a co-reactant yielded up to 90% reactant conversion, with phosphoric acid-modified HZSM-5 exhibiting a significant increase in surface area from 56 m²/g to 380 m²/g, improving reactant accessibility to active sites. The most notable result in hydrocarbon selectivity was 90.94% olefin selectivity obtained with H₃BO₃@Al₂O₃, demonstrating that boric acid modification effectively promotes olefin production. TGA analysis revealed the lowest coke accumulation with phosphoric acid-modified catalysts, showing 2.31% and 2.67% mass loss for H₃PO₄@HZSM-5 and H₃PO₄@Al₂O₃, respectively, indicating its role in extending catalyst lifespan and reducing carbon deposition. XRD analysis confirmed that the catalyst crystal structures remained intact despite acid treatments, while N₂ adsorption-desorption isotherms showed that all catalysts exhibited Type-IV behavior, indicating a mesoporous structure. In conclusion, catalyst modification is essential for optimizing conversion efficiency, hydrocarbon selectivity, and longevity in bio-oil upgrading. Boric acid enhances olefin selectivity, while phosphoric acid minimizes coke formation, ensuring a more sustainable bio-oil conversion process.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    420562

    Production of hydrogen and bio-oil from biomass wastes

    Biyokütle atıklarından hidrojen ve biyoyağ üretimi

    GÖZDE DUMAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    KimyaEge Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. JALE YANIK

    DOÇ. DR. MUSTAFA EMRULLAHOĞLU

  2. Tez No

    82950

    Characterization of processed tooth hydroxyapatite and bioglass for potential applications in dentistry

    Dişten elde edilen hidroksil apatitle biyocamın karakterizasyonu ve dişhekimliğindeki potansiyel uygulamaları

    FAİK NÜZHET OKTAR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    1999

    Tıbbi BiyolojiBoğaziçi Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SABRİ ALTINTAŞ

  3. Tez No

    245453

    Küçük ölçekli sürekli beslemeli bir biyogaz tesisinin çalişma şartlarinin belirlenmesi

    Determination of working conditions of a small-scale and continuous flow biogas units

    HAKAN AFACAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    ZiraatGaziosmanpaşa Üniversitesi

    Tarım Makineleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ KASAP

  4. Tez No

    276116

    Antep fıstığı kabuğunun pirolizi

    Pyrolysis of pistachio shell

    ÇAĞDAŞ OKUTUCU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2010

    KimyaEge Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. JALE YANIK

    YRD. DOÇ. DR. SUAT UÇAR

  5. Tez No

    299336

    Hayvan ve işlenmiş süt atıklarından biyogaz ve hidrojen üretiminin termodinamik açıdan araştırılması

    Thermodynamic investigation of biogas and hydrogen production from animal and processed milk waste

    MURAD BAYRAKTAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Makine MühendisliğiBalıkesir Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ZUHAL OKTAY

Geri Dön