Laktik asitin adsorpsiyon ve iyon değişimi yöntemleri ile sulu çözeltilerinden ayrılması

Abstract

Ticari olarak ilk kez ekşi sütten elde edilen laktik asit önemli bir biyoteknolojik asittir. Gıda ve ilaç endüstrisinde kendisine geniş bir yer bulan L(+) ve yüksek miktarlarının insan vücudu için tehlike teşkil ettiği D(-) olarak iki farklı formda karşımıza çıkmaktadır. Gıda, ilaç ve polimer endüstrilerinde çok geniş bir kullanım alanına sahip olan laktik asitin günümüzdeki en önemli kullanım alanlarından biri de `yeşil polimer` olarak bilinen polilaktik asit (PLA) üretimidir. Polilaktik asit kullanımı arttıkça buna bağlı olarak da laktik asit üretiminin önemi artmaktadır.Laktik asit üretiminin yaklaşık %90'lık kısmı fermantasyon yoluyla gerçekleşmektedir. Bu üretim sonucunda elde edilen, safsızlıklar, organik ve inorganik maddelerden oluşan karışımdan laktik asitin etkili ve yüksek oranda ayrılması büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada literatürde önerilen diğer yöntemlere kıyasla daha kısa sürede ve daha az çevresel atık oluşumuna neden olan adsorpsiyon ve iyon değiştirme yöntemleri tercih edilmiştir. Bu amaçla laktik asitin iki farklı adsorban (Aktif Karbon ve Çok Duvarlı Karbon Nanotüp) ve üç farklı iyon değiştirici reçine (Amberlite IRA-67, Amberlite IRA-96 ve Amberlite IRA-400) yardımıyla sulu ortamdan ayrılması incelenmiştir. Adsorpsiyonu etkileyen parametreler göz önüne alınarak başlangıç asit konsantrasyonu, adsorban miktarı ve sıcaklık etkisi deneysel olarak irdelenmiş ve adsorpsiyon prosesinin Langmuir, Freundlich ve Temkin izotermleri ile uyumu incelenmiştir. Deneysel veriler yardımıyla elde edilen izoterm modellerinden en uygun olan izoterm modelinin Freundlich izoterm modeli olduğu tespit edilmiştir. Son olarak adsorpsiyon prosesinin kinetiği; pseudo birinci mertebe kinetik model, pseudo ikinci derece kinetik model ve partikül içi difüzyon modeli olmak üzere üç farklı model üzerinden incelenmiş ve deneysel sonuçlar ile uygunlukları araştırılmıştır.

Lactic acid which obtained first time commercially from sour milk is an important biotechnological acid. There are two different forms, L(+), which finds a large place in the food and drug industry, and D (-), which is dangerous in high amounts for the human body, In today, one of the most important uses of lactic acid which used widely in food, pharmaceutical and polymer industries is the production of polylactic acid (PLA), also known as `green polymer`. As the use of polylactic acid increases, the importance of lactic acid production increases accordingly.Approximately 90% of lactic acid production is achieved by fermentation. As a result of this production, it is of great importance that separation of lactic acid in high efficiency from media includes impurities, organic and inorganic substances. In this study, adsorption and ion exchange methods, which cause less environmental waste and shorter time than other methods suggested in the literature, have been investigated. For this purpose, the separation of lactic acid from aqueous media by two different adsorbents (Activated Carbon and Multi-walled Carbon Nanotube) and three different ion exchange resins (Amberlite IRA-67, Amberlite IRA-96 and Amberlite IRA-400) was investigated. Considering the parameters affecting the adsorption, the initial acid concentration, the amount of adsorbent and the temperature effect were investigated experimentally and the consistency of the adsorption process with Langmuir, Freundlich and Temkin isotherms were investigated. It has been determined that the most suitable isotherm model obtained from experimental isotherm models is Freundlich isotherm model. Finally, the kinetics of the adsorption process; the pseudo first order kinetics model, the pseudo second order kinetics model and the intra-particle diffusion model were investigated and their suitability with the experimental results were investigated.