Investigation of fuel oxygenate adsorption on clinoptilolite rich natural zeolite

Abstract

Adı-Soyadı: Senem YETG NOkul: zmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüAnabilim Dalı: Kimya Mühendisli iProgramı: Kimya Mühendisli i (Yüksek Lisans)Tez Ba lı ı: Yakıt Oxygenate'lerin Klinoptilolitçe Zengin Do al ZeolitAdsorpsiyonunun ncelenmesiÖZETBenzinde vuruntu önleyici ve emisyon azaltıcı olarak yaygın bir ekildekullanılan yakıt oxygenate' lerin yeraltı ve yerüstü sularında tespiti, bu kimyasallarınkullanımına dair çevresel endi elere neden olmu tur.Methly tert -Buthyl Ether (MTBE) ve Ethly tert -Buthyl Ether (ETBE), dünyaçapında en çok kullanılan benzin katkı maddeleridir. Geleneksel arıtım teknolojileri,bu maddelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeni ile sudan ayrı tırılmasındayetersiz kalmaktadır. Adsorpsiyon, benzin katkı maddelerinin sudan ayrılmasındakullanılan çok yaygın bir yöntemdir. Do al zeolitler dü ük fiyatları ve kolay eldeedilebilirlikleri nedeniyle adsorpsiyon yönteminde daha yaygın bir ekildekullanılmaktadırlar. Klinoptilolit do ada en çok bulunan zeolit türlerinden biridir veTürkiye zengin klinoptilolit kaynaklarına sahiptir. Bu projede, klinoptilolitçe zengindo al zeolitin MTBE ve ETBE' yi sudan adsorplama özelli inin kesikli adsorpsiyonve sabit yataklı kolon deneyleri ile incelenmesi ve referans olarak seçilen aktifkarbonunkilerle kar ıla tırılması amaçlanmı tır. Ayrıca, iki çözünenli (benzen veoksijenli bile ikler) adsorpsiyon deneyleri, bu adsorbentlerin di er benzinbile iklerini içerdi inde gösterdi i etkinli ini belirlemek üzere yapılmı tır. Bütündeneyler 2000 ppb oxygenate ve 400 ppb benzene konsantrasyonunda 25 ºC' degerçekle tirilmi tir.Denge adsorpsiyon deneylerinde toz (PAC) ve granül (GAC) aktif karbonunadsorpsiyon kapasitelerinin MTBE ve ETBE için klinoptiloliten fazla oldu u tespitedilmi tir. Birim adsorbent ba ına MTBE adsorpsiyon kapasitesinin GAC için enfazla oldu u bulunmu tur. PAC için ise ETBE adsorpsiyon kapasitesi daha fazladır.GAC ve PAC için adsorpsiyon kapasitelerinin, çözeltinin benzen içermesi durumundaazaldı ı gözlemlenmi tir. Ancak, bu etki klinoptilolit için belirgin de ildir. Sabityataklı kolon deneylerinde sadece GAC ve klinoptilolit test edilmi tir. Kolonsalıverme e rileri klinoptilolitin çabuk doygunlu a eri ti ini yani kütle transferalanının çok dar oldu unu göstermi tir. GAC için kütle transfer bölgesi salınıme rilerinin geni li i ölçüsünde daha geni tir. Kolon salıverme deneylerinde benzenin,adsorbentlerin adsorpsiyon kapasitelerini de i tirmedi i gözlemlenmi tir.

Name: Senem YETG NSchool: zmir Institute of TechnologyDepartment: Chemical EngineeringMajor: Chemical Engineering (Master)Title of Thesis: Investigation of Fuel Oxygenate Adsorption on ClinoptiloliteRich Natural ZeoliteABSTRACTThe wide use of fuel oxygenates in gasoline as anti-knocking and emissionreduction agent have recently led to serious environmental concerns due to theirdetection in groundwater and surface water. Among the various gasoline additives,methyl tertiary butyl ether (MTBE) and ethyl tertiary butyl ether (ETBE) are the mostfrequently used fuel oxygenates worldwide. Due to the physical and chemical propertiesof fuel oxygenates, the conventional treatment technologies are generally ineffective fortheir removal from contaminated water. Adsorption is a common process frequentlyused to remove fuel oxygenates from water. The use of natural zeolites as adsorbenthave increased significantly because of their availability and low cost. Clinoptilolite isone of the most abundant zeolites in nature, and Turkey has very large clinoptilolitereserves. In this project the adsorption properties of clinoptilolite rich natural zeolitesfor use in the removal of MTBE and ETBE from water have been investigated usingbatch equilibrium and fixed-bed column experiments. The adsorption properties havebeen compared with those of two activated carbons (i.e., Powdered Activated Carbon(PAC) and Granulated Activated Carbon (GAC)). In addition, bisolute (i.e., benzeneand oxygenate) adsorption experiments were also carried out to determine theeffectiveness of these adsorbents in the presence of other gasoline hydrocarbons. All theexperiments were performed at 25 ºC with initial oxygenate and benzeneconcentrations of 2000 ppb and 400 ppb, respectively.In batch equilibrium experiments, it has been found that the powdered andgranulated activated carbons had higher adsorption capacities for MTBE and ETBEthan clinoptilolite. The highest capacity for the amount of MTBE adsorbed per unitmass of adsorbent was achieved using GAC while that of ETBE was obtained usingPAC. The presence of benzene decreased the adsorption capacities of GAC and PAC.However, the effect of benzene was not clear and was dependent on the adsorbentloading for clinoptilolite. In fixed-bed column experiments, GAC and clinoptilolite weretested as adsorbents. The column breakthrough curves for clinoptilolite were steepindicating fast adsorption and narrow mass transfer region. For GAC, mass transferregions were wider due to the relatively flat breakthrough curves. There was nosignificant effect of benzene on the breakthrough curves for GAC and clinoptilolite.