Levulinik asidin anyon değiştirici reçineler ile sulu çözeltilerden geri kazanımı

Abstract

Bu yüksek lisans tezinde levulinik asidin dört farklı ticari anyon değiştirici ile sulu çözeltilerden geri kazanımı incelenmiştir. Kinetik, termodinamik ve denge çalışmalarının yürütüldüğü tez kapsamında çeşitli değişkenlerin süreç verimine etkileri araştırılmıştır. Çalışmada Amberlite IRA-67, Lewatit MP-62 ve Lewatit MP-64 isimli ticari zayıf bazik anyon değiştirici reçineler ve Lewatit M-500 isimli ticari kuvvetli bazik anyon değiştirici test edilmiştir. Ortamın pH değeri süreç verimliğini önemli şekilde etkilemiştir. En yüksek ayırma verimi zayıf bazik anyon değiştirici reçineler ile çözeltinin doğal pH değerinde (pH=2,1) ve kuvvetli bazik anyon değiştirici reçine ile ise pH=5'te elde edilmiştir. Kinetik çalışmalar sistemin Amberlite IRA-67 ve Lewatit MP-62 ile 60 dk., Lewatit MP-64 ile 30 dk. ve Lewatit M-500 ile ise 50 dk.'da dengeye ulaştığını göstermiştir. Ayrıca kinetik verilerin görünür ikinci derece kinetik modeli izledikleri görülmüştür. Tüm reçineler için sıcaklık arttıkça adsorpsiyon yüzdesi azalmış ve ΔH˚ ve ΔG˚ negatif değerlere sahip olmuşlardır. Bu da sürecin bu reçineler ile kendiliğinden gerçekleştiği ve ekzotermik doğaya sahip olduğu anlamına gelmektedir. Ayırma veriminin reçine dozu ile arttığı ve levulinik asit derişimi ile birlikte azaldığı görülmüştür. En yüksek adsorpsiyon kapasitesi (438,7 mg LA/g reçine) ve ayırma verimi (%100) Lewatit MP-62 ile elde edilmiştir. Zayıf bazik anyon değiştiriciler ile elde edilen denge verilerinin Langmuir izoterm modeli ile uyum içinde olduğu gözlenmiştir. Lewatit M-500 için en yüksek R2 değerine Freundlich izoterm modeli ile ulaşılmıştır. Fakat bu reçinenin Langmuir modeli ile de kabul edilebilir bir uyum sağlayacağı tahmin edilmiştir. Bu sebeple sürecin Lewatit M-500 ile gerçekleştirildiği durum için mekanizmanın anlaşılabilmesi için daha detaylı bir izoterm analizinin yapılması tavsiye edilmiştir.

In this MS thesis, the recovery of levulinic acid from aqueous solutions by four different commercial anion exchangers was investigated. Effects of several parameters on the process efficiency were probed while kinetic, thermodynamic, and equilibrium studies were performed. The weak basic anion exchange resins, named as Amberlite IRA-67, Lewatit MP-62 and Lewatit MP-64; and a strong basic anion exchanger, named as Lewatit M-500 were tested in the study. The pH of the media significantly influenced the process efficiency. The highest separation efficiency was obtained at the natural pH of the solution (pH=2.1) with the weak basic anion exchangers and at pH=5 with the strong basic anion exchange resin. Kinetic studies showed that the system reached the equilibrium by 60 min. with Amberlite IRA-67 and Lewatit MP-62, 30 min. with Lewatit MP-64, and 50 min. with Lewatit M-500. In addition, it was observed that the kinetic data were observed to follow the pseudo second order kinetic model. For all resins, the adsorption percent decreased with the increase in temperature and the ΔH˚ and ΔG˚ had negative values. This means that the process was spontaneous and had an exothermic nature with these resins. Separation efficiency was seen to increase with the increase in resin dose and decrease with the levulinic acid concentration. The maximum adsorption capacity (438.7 mg LA/g resin) and separation efficiency (100%) were obtained with Lewatit MP-62. The equilibrium data obtained with the weak basic anion exchangers were observed to be in agreement with the Langmuir isotherm model. The highest R2 value was reached with the Freundlich isotherm model for Lewatit M-500. However, it was estimated that an acceptable fit could be provided with this resin and the Langmuir model. Therefore, a more detailed isotherm analysis was advised to be done performed in order to understand the mechanism of the process carried out with Lewatit M-500.