Karboksilik asitlerin sulu çözeltilerden reaktif ekstraksiyon ile ayrılmasında iyonik sıvıların etkilerinin incelenmesi

Abstract

Karboksilik asitler, kimyasal maddeler arasında önemli bir grup oluştururlar. Kimya endüstrisi için başlangıç maddeleri olarak da son derece kullanışlıdırlar. Doğal yöntemler üzerinden gerçekleşen üretim metotlarına artan ilgi, karboksilik asitlerin fermantasyon ile elde ediliş yöntemine olan ilgiyi de arttırmıştır. Fermantasyon sonucu karboksilik asitlerin seyreltik sulu çözeltileri formunda elde edilebildiği bilinmektedir. Ayrıca doğada bulundukları ortamlardan elde edildiği proseslerde de asitlerin düşük konsantrasyon değerlerinde sulu çözeltileri oluşmaktadır. Bu nedenle karboksilik asitlerin sulu ortamdan uzaklaştırılması üzerine pek çok çalışma yürütülmüştür ve halen devam etmektedir. Seyreltik asitlerin sulu ortamlarından uzaklaştırılması konusunda farklı metotlar denense de bunlar arasında yaygın kullanılanlardan birisinin reaktif ekstraksiyon yöntemi olduğu görülmektedir.Tez çalışması kapsamında karboksilik asitlerin klasik sıvı-sıvı ekstraksiyon ve reaktif ekstraksiyon ile sulu çözeltilerinden ayrılması için geleneksel çözücülere karşılık, iyonik sıvının etkinliğinin incelenmesi hedeflenmiştir. Tasarlanan deneysel süreçte, sulu ortamlarından ayrılmaları gerçekleştirilmek üzere, karboksilik asitler içerisinden asetik asit, formik asit ve malik asit seçilmiştir. Seçilen karboksilik asitlerin ayrılmasını sağlamak için ise metil izo bütil keton (MIBK), toluen, siklo hekzil asetat (CHA), 1-dekanol, di-metil ftalat (DMP) organik çözücülerine karşılık; yeşil çözücü olarak uygulama alanı bulan iyonik sıvılar arasından seçilen imidazolyum esaslı 1-bütil-3-metilimidazolyum hekzaflorofosfat (BMIM-PF6)' ın etkinliği karşılaştırılmıştır. Kompleks yapıcı ajan olarak amin esaslı reaktiflerden tripropil amin (TPA) ve fosfor bağlı oksijen içeren reaktiflerden ise tri-n-oktil fosfin oksit (TOPO) kullanılmıştır. Denemelerde seçilen asitlerin %10' luk sulu çözeltileri hazırlanarak 298,15 °K sıcaklıkta ekstraksiyon işlemleri gerçekleştirilmiştir. Karboksilik asitlerin sulu çözeltilerinden ayrılması için öncelikle, reaktif içermeyen çözücü-karboksilik asit sistemi ile sıvı-sıvı ekstraksiyon uygulanmıştır. Reaktif ekstraksiyon denemeleri için, çözücü-karboksilik asit sistemine dahil edilecek reaktiflerden TPA ve TOPO' nun organik faz konsantrasyonları 0.36, 0.71, 1.07, 1.42, 1.78 mol/L olarak belirlenmiştir. Elde edilen veriler kullanılarak sıvı-sıvı ekstraksiyon, reaktif ekstraksiyon işlemi ve sonrasındaki tasarımlar için önem arz eden dağılma katsayısı (D), ekstraksiyon verimliliği (%E) ve yükleme değeri (Z) parametreleri hesaplanmıştır. Uygulanan iki farklı ekstraksiyon sonuçları incelendiğinde asitlerin neredeyse tamamının sulu çözeltilerinden reaktif ekstraksiyon yöntemiyle ayrılabildiği ve seçilen çevreci nitelikteki iyonik sıvının son derece uyumlu bir çözücü olduğu görülmektedir.

Carboxylic acids represent an important group among the building blocks of chemicals. They are extremely useful as starting materials for the chemical industry. In the new period, the increasing interest in the production methods through the natural process also increased the interest in the method of obtaining the carboxylic acids by fermentation.As a result of fermentation, it is known that carboxylic acids can be obtained in the form of dilute aqueous solutions. In addition, aqueous solutions of acids are formed at low concentration values in the processes where they are obtained from their environment. Therefore, a number of studies have been carried out on the removal of carboxylic acids from the aqueous medium and are still ongoing. Although different methods of removing dilute acids from aqueous media have been tried, it is seen that one of the most widely used among them is the reactive extraction method.The aim of this thesis is to investigate the effectiveness of ionic liquid in response to conventional solvents for the separation of carboxylic acids from aqueous solutions by liquid-liquid extraction and reactive extraction.In the experimental process acetic acid, formic acid and malic acid were selected from the carboxylic acids to separate them from aqueous media. To provide the extraction of selected carboxylic acids, the effectiveness of imidazolium-based 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMIM-PF6) selected from among the ionic liquids found as a green solvent was compared with methyl iso-butyl ketone (MIBK), toluene, cyclohexyl acetate (CHA), decanol and di-methyl phthalate (DMP) which is selected from commonly used organic solvents. As the complexing agent, tri-propyl amine (TPA) from amine-based reagents and tri-n-octyl phosphine oxide (TOPO) were used for phosphorus-bound reagents.In the experiments, 10% aqueous solutions of the selected acids were prepared and extracted at 298,15 °K. In order to separate the carboxylic acids from aqueous solutions, liquid-liquid extraction was applied with the reagent-free solvent-carboxylic acid system. For reactive extraction experiments, the organic phase concentrations of TPA and TOPO from the reagents to be included in the solvent-carboxylic acid system were determined as 0.36, 0.71, 1.07, 1.42, 1.78 mol / L. By using the obtained data, the parameters of dispersion coefficient (D), extraction efficiency (% E) and loading value (Z) were calculated for liquid-liquid extraction, reactive extraction process and subsequent designs.When the two different extraction results are examined, it can be seen that almost all of the acids can be separated from the aqueous solutions by reactive extraction method and the selected environmental friendly ionic fluid is a highly compatible solvent.