Selülozik atıkların ultrasonik ön işlenmesi ve mikrodalga reaktörde hidrolizi

Abstract

Enerji, ülkelerin sosyal ve ekonomik kalkınmasında en temel ihtiyaçlarındanbiridir. Dünya nüfusu artışı ve endüstriyel gelişmelere paralel olarak enerji talebigiderek artmakta, buna karşın fosil yakıt rezervleri hızla tükenmektedir. Petrolfiyatındaki hızlı artışlar ve fosil yakıtların çevre üzerindeki olumsuz etkileri (seraetkisi, küresel ısınma, asit yağmurları), yenilenebilir enerji kaynaklarının rasyonel birşekilde kullanılması gerekliliğini ortaya koymuştur. Son yıllarda selüloz içerenbitkisel atıklardan biyoetanol, yağlı tohumlardan biyodizel üretimi üzerinde yapılançalışmalar örnek olarak verilebilir. Bu tezin amacı, selülozik atıkların seyreltik asithidrolizi ile glukoz, ksiloz gibi indirgen şekerlere dönüştürülmesidir. Bu tezdeliteratürde konu edilen proseslerden farklı olarak, seyreltik asit hidroliz prosesinindeğişik adımlarında, selüloz ihtiva eden bitkisel atıklar kullanılarak, içerdikleriselülozun indirgen şekere dönüştürülmesi üzerine; ultrases ön işlemi, mikrodalgaenerjisi, asit konsantrasyonu, sıcaklık ve süre gibi proses parametrelerinin etkisiaraştırılmıştır.Mikrodalga ile hidroliz prosesi 2-3 dakika gibi oldukça kısa bir süredegerçekleşmektedir. Elde edilen deneme sonuçlarına göre; ultrases ön işlemi hidrolizverimi üzerine %5-10 kadar bir artış sağlamaktadır. Hidroliz sonucunda 1 kg talaştandakikada 95 gram indirgen şeker elde edilmiştir. Genel olarak sıcaklık arttıkça verimartmaktadır fakat 220 oC' den sonra numunelerde aşırı ağırlık kaybı ile beraberkarbonlaşma olduğu gözlenmiştir. Deneme sonuçlarına göre %0.5 asitkonsantrasyonunda ve 220 oC' sıcaklıkta, 5 dakika gibi kısa bir sürede glukoz için%60.3, ksiloz için %49.5 ve toplam indirgen şeker için yaklaşık %55.0 hidrolizverimi elde edilmiştir. Mikrodalga kullanılarak gerçekleştirilen hidrolizdenemelerinden elde edilen sonuçlar, geçmiş yıllarda yapılan çalışmalarlakıyaslandığında, mikrodalganın özellikle işlem süresi ve maliyet açısından oldukçaiyi sonuçlar verebileceği görülmüştür.

Energy is the most fundamental necessity for social and economic prosperity ofcountries. The energy demand more and more increases as parallel to worldpopulation increasing and industrial development, whereas the reserves of fosil fuelsare being running out very fast. Renewable energy sources have to be consumed asrationel due to oil prices increase in rapidly and fossil fuels which have also negativeeffects on environment (greenhouse effect, global heating, acid rains). Researchesconducted in recent years on the production of bioethanol from cellulose containingvegetables wastes and biodiesel from fatty seeds can be given as examples. The aimof this thesis is to convert cellulosic wastes to reducing sugars like glucose andxylose by dilute acid hydrolysis. In this thesis, differing from the processes given onliterature, it was to explore the effect of ultrasound pretreatment, microwave energy,acid concentration, temperature and time upon convert cellulose to reducing sugar indifferent steps of dilute acid hydrolysis process.The results indicate that hydrolysis process by microwave is carried out within2-3 minutes. According to the assay results obtained, ultrasonic pretreatmentincreases hydrolysis yield by 5-10%. At end of the hydrolysis, 95 g per one minute ofreducing sugar was obtained from 1 kg of sawdust. Generally, when the temperatureraises, yield increases. But, it was observed that above 220 oC, there existcarbonization together with excessive weight lose in samples. According to the assayresults, under the conditions of 220 oC temperature and 0.5% acid concentration,60.3% for glucose, 49.5% for xylose and 55.0% for reducing sugar hydrolysis yieldwas obtanied, in 5 minutes. When the results obtained from hydrolysis assays bymicrowave compared with previous results, microwave process gave good results,especially in terms of treatment time and cost.