PROJE RAPORU GRUP ADI ALTERNATĠF YOSUN PROJE ADI

Transkript

1 TÜBĠTAK-BĠDEB KĠMYAGERLĠK, KĠMYA ÖĞRETMENLĠĞĠ VE KĠMYA MÜHENDĠSLĠĞĠ KĠMYA LĠSANS ÖĞRENCĠLERĠ ARAġTIRMA PROJESĠ EĞĠTĠMĠ ÇALIġTAYI (KĠMYA-2 ÇALIġTAY 2011) PROJE RAPORU GRUP ADI ALTERNATĠF YOSUN PROJE ADI ÇANAKKALE BOĞAZINDAKĠ CHLOROPHYTA ENTEROMORPHA YOSUNUNDAN POTASYUM HĠDROKSĠT DESTEKLĠ KATALĠZÖR VARLIĞINDA BĠYODĠZEL ELDESĠ PROJE EKĠBĠ Gamze KARAGÜNLĠ Selin CĠMOK Ömer ERDOĞAN PROJE DANIġMANLARI Prof.Dr.Handan GÜLCE Doç.Dr.Cahit AKGÜL KEPEZ/ÇANAKKALE TEMMUZ

2 ĠÇĠNDEKĠLER SAYFA NO Proje Amacı Proje Özeti 3 GiriĢ 3 Materyal ve Yöntemler Sonuçlar ve TartıĢma Proje Zaman Çizelgesi. 10 Kaynaklar TeĢekkürler ÖzgeçmiĢ. 11 2

3 PROJENĠN AMACI: Bu çalıģmada Çanakkale boğazındaki chlorophyta enteromorpha deniz yosunundan KOH destekli katalizör varlığında, azalan petrol rezervlerine alternatif olarak biyodizel eldesi amaçlanmıģtır. ÖZET: Bu çalıģmada Çanakkale boğazındaki chlorophyta enteromorpha yosunundan potasyum hidroksit destekli katalizör varlığında biyodizel eldesi amaçlanmıģtır.bu amaçla yosunun özütü ekstraksiyonla alınmıģ ve metil esteri (Biodizel) elde etmek için gerekli prosedür uygulanmıģtır ve elde edilen ürünlerin IR spektrumları okunmuģ ve yorumlanmıģtır. GĠRĠġ : 21. yüzyıl sonlarında yaģanan enerji krizleri ve petrol rezervlerinin azalması farklı alternatif yakıt arayıģları konusunda çalıģmaları hızlandırmıģtır. Ġçten yanmalı motorlar dıģında farklı tasarım ve enerji çalıģmaları önemli değiģiklikleri beraberinde getirmektedir. Bu değiģiklikler içten yanmalı motor kullanımının azalmasına sebep olması kaçınılmazdır. Günümüzde kullanılan içten yanmalı motorların sayısının önemsenemeyecek kadar fazla olması bu motorların yapısında değiģiklik yapılmadan kullanılabilecek enerji kaynakları on plana çıkmaktadır. Bu tür enerji kaynaklarından biride bitkisel yağlardır.toprak ürünlerine göre daha fazla yağ içeren yosun biyoyakıt elde etme çalıģmaları sürdürülmektedir. Yosun, fotosentez yoluyla ıģık enerjisini soğurup, bitkisel yağ üretiminde kullanılmaktadır. Metil alkol ilavesiyle biyodizele dönüģtürülen bitkisel yağlar, hem ucuz hem de temiz bir enerji kaynağıdır. Yosunun bir üstünlüğü de çok küçük alanlarda bile büyük bir hızla çoğalabilmesidir. Ayrıca geliģmek için verimli topraklara ihtiyacı yoktur. Küçük göletlerde geliģebildiği gibi çöl koģullarına uyum sağlar; çevreye karbon dioksit saçan enerji santralarının çevresinde, naylon torbaların ve tankların içinde yetiģtirilebilir.(1) Dizel motorlarının mucidi Rudolf Diesel yaklaģık bir yüzyıl önce yakıt olarak bitkisel yağları kullanmıģtır(2-3). Bitkisel yağlar düģük uçuculuk değeri ve setan sayısı nedeniyle dizel yakıtına iyi bir alternatiftir(4). Dizel yakıtı olarak bitkisel yağlar yenilenebilirlik, yüksek ısıl değer, toksit madde içermesi ve düģük emisyon değerleri gibi avantajla sahiptir... Ancak bitkisel yağların yüksek viskoziteleri nedeni ile dizel motorlarında piston segmanlarında, 3

4 enjektörlerde ve yağlama yağında problemlere sebep olmaktadır. Bitkisel yağlardan esterleģtirme yöntemi kullanılarak üretilen biyodizeller dizel motorlarında değiģiklik yapılmadan kullanılabilmektedir. MATERYAL VE YÖNTEM : Materyal S. No Malzeme Adı 1 Reaksiyon balonu (250 ml) 1 Adet 2 Reaksiyon balonu (100 ml) 1 Adet 3 Beher (100 ml) 3 Adet 4 Beher (500mL) 1 Adet 5 Havan 6 Ayırma Hunisi 7 Huni 8 Süzgeç Kağıdı 9 Termometre 10 Geri Soğutucu 11 Saf Su 12 Piset 13 Yağ Banyosu 14 Magnetik Karıştırıcı 15 Magnet 16 Evaporatör 17 Evaporatör Balonu 18 ph metre 19 Dansimetre 20 Viskozimetre 21 IR Cihazı 22 Kalorimetre 23 Yosun 24 Metanol 25 n-heksan 26 KOH 27 Elek 28 NaOH 4

5 Yöntem Numunenin Hazırlanışı Su yosunları bol suyla dezenfekte edildi. Yosunlar etüvde 80 O C de 2 saatte kurutuldu. Kurutulan yosunlar havan yardımıyla küçük parçacıklara ayrıldı ve elekten geçirildi. Son olarak da yosunların çapları öğütülerek istenilen boyutta yosun tozu elde edildi. Geri Soğutma İşlemi Tetrametilamonyumhidroksit elde etmek için (1:1,25 mol/mol) oranında tetrametilamonyumklorid ile sodyum hidroksitten sırasıyla alındı. Bu karıģım 200 ml ye tamamlanarak sulu çözeltisi hazırlandı. Bu tepkime sonucunda tetrametilamonyum hidroksit edildi ve yan ürün olarak da sodyum klorür ortaya çıktı. 10 g yosun kurusu tartılır ve 250 ml lik balona koyuldu. Yukarıda hazırlanan 100 ml tetrametilamonyumhidroksit yosun kurusunun üzerine ilave edildi. Bu çözeltiye az miktarda küçük cam parçacıkları ( kaynamanı düzenli olması için ) eklendi. Balon jojedeki bu çözelti geri soğutucuda 4 saat kaynatıldı. Kaynayan çözelti 4 saati tamamladıktan sonra soğutmak için buz banyosuna alındı. Son olarak çözelti süzülerek, çözelti kısmı safsızlıklarından arındırılıp ayrı bir kaba alındı. Daha sonra çözelti evapore edildi.bu iģlem sonucunda özümsenmeyecek kadar az miktarda yosun özütü elde edildi. Katı-Sıvı Ekstraksiyonu Katı-Sıvı ekstraksiyonu, yuvarlak şilifli cam balon (250 ml), soxhlet ekstraktörü (250mL), yoğunlaştırıcı ve bir ısıtıcıdan oluşmaktadır. 50g yosun örneği alınarak süzgeç kağıdına konuldu ve ekstraktöre yerleştirildi. Uygun çözücü olarak 300 ml n-hekzan alındı ve cam balona koyularak 4 saat reflux edildi. Bu aşamada çözücü buharları yoğunlaştırıcıya ulaştığında damlalar halinde yosun örneği üzerine dökülmeye başladı. Soxhlet ekstaktörü çözücü ile dolduğunda sifon yaparak tekrar balona boşaldı. Bu işlem sonucunda yosun örneğindeki organik maddeler n- hekzan çözücüsüne geçti. 4 saat sonunda sistem sökülerek evapore edildi.evaporasyon sonunda sarı renkte yağımsı sıvı elde edildi.oluşan sıvının IR spektrumu alındı. Esterleşme İşlemi 200 ml metil alkol ve 5 gr potasyum hidroksit 20 C sıcaklıkta karıģtırılarak katalizörün metil alkol içerisinde çözülmesi sağlandı. Bu karıģım 50 C sıcaklıktaki yosun özütü içerisine ilave edildi ve bir saat süreyle 60 C sabit sıcaklıkta karıģtırıldı.(5) Bu reaksiyon sonunda metil ester tabakası ve gliserin tabakasından oluģması beklenen iki sıvı faz gözlemlenmedi. 5

6 Biyodizel için metil transesterifikasyonu: Metil esterin yerine potasyum karboksilat tuzu oluģtu.potasyum karboksilat tuzu sıvı fazdan süzülerek ayrıldı.bu beklenmedik sonuçtan, sonra potasyum karboksilat tuzunu serbest yağ asidine dönüģtürmek için, potasyum karboksilat tuzu H 2 SO 4 (1 ml) katalizörü eģliğinde metanol (15 ml) 1,5 saat reflux edildi. Bu reaksiyon sonucunda potasyum karboksilat tuzundan serbest yağ asidi oluģtu. Bundan sonraki aģamada oluģan serbest yağ asidi KOH (5 g) katalizörlüğünde metanol (200mL) ilavesiyle metil esterine dönüģtürülmeye çalıģılmıģtır. Fakat metil esteri elde edilememiģtir. 6

7 SONUÇLAR VE TARTIġMA Sonuç değerlendirilmesi için IR spekturumuna bakıldı. ġekil 1: Yosundan elde edilen özütün Perkin Elmer BX II FT model spektrometre ile elde edilen IR spektrumu. ġekil 1 de görüldüğü gibi: 2923 cm -1 ve 2853 cm -1 de C-H gerilme titreģimleri 1744 cm -1 de estere ait C=O gerilme titreģimleri 1161 cm -1 de C-O-C gerilme titreģimleri görülmüģtür. Bu sonuçlara dayanarak elde edilen yosun özütünün içinde trigliserid Ģeklinde yağ asidi olduğu anlaģılmıģtır. 7

8 ġekil 2: EsterleĢme reaksiyonu sonucu oluģan ürünün Perkin Elmer BX II FT model spektrometre ile elde edilen IR spektrumu. ġekil 2 de görüldüğü gibi: 2700 cm -1 ve 2900 cm -1 arasında C-H gerilme titreģimleri 1600 cm -1 de karboksilat tuzuna ait C=O gerilme titreģimleri görülmüģtür.(6) Yöntem kısmında açıklanan esterleģme reaksiyonu sonucunda metil esterin oluģması bekleniyordu. Fakat reaksiyon sonunda potasyum karboksilat tuzu oluģtu.bu hipotez yukarıdaki FT-IR sonuçlarıyla desteklenmektedir. 8

9 ġekil3:potasyum karboksilatın karboksilli asite dönüģmesi sonucu oluģan tuzun Perkin Elmer BX II FT model spektrometre ile elde edilen IR spektrumu. ġekil 3 de görüldüğü gibi: 1704 cm -1 de karboksilli asite ait C=O gerilme titreģimleri 2800 cm -1 den sonra O-H gerilme titreģimleri görülmüģtür. Bu spektrum sonuçlarından karboksilli asitin elde edildiği anlaģılmıģtır. Sonuçların Değerlendirilmesi: 1.)Çanakkale boğazındaki chlorophyta enteromorpha yosunundan alınan örnekte yapılan araģtırma çalıģmaları sonucu yeterli miktarda yağ elde edilemediğinden verimli bir esterleģme reaksiyonu gerçekleģememiģtir. 2.) Chlorophyta enteromorpha yosunundan daha önce yapılan biyodizel eldesi çalıģmaları yapılmadığından, bu yosundan elde edilen yağın esterleģmesiyle ilgili literatürde yeterli bilgi bulunamamıģtır. Bu nedenle az da olsa elde etmiģ olduğumuz yağın molekül formülü 9

10 tam olarak bilinmediğinden eklenen katalizör miktarında oranın tutturulamadığı sonucuna varılmıģ bu sebepten dolayı biyodizel elde edilememiģtir. PROJE ZAMAN ÇĠZELGESĠ : 08:30-10:30 11:00-12:30 14:00-16:00 16:30-19:30 Çalışma için Yosunların Yosundan geri Yosundan elde gerekli dövme,kurutma soğutucu altında edilen yağın PAZARTESİ malzemelerin ve öğütme yağ eldesi ve esterleştirilerek temini işlemi saflaştırılması biyodizelin elde edilmesi SALI Analiz için Gerekli Yapılan Yapılan gerekli analizlerin analizlerin analizlerin cihazların temini yapılması sonuçlarının alınması sonuçlarının değerlendirilmesi KAYNAKÇA 1.) Yosun, geleceğin alternatif enerji kaynağı,eriģim Temmuz 25,2011 Web: 2.)Machacon H. T. C., Matsumoto Y., Ohkawara C., Shiga S., Karasawa T., Nakamura H., The effect of coconut oil and diesel fuel blends on diesel engine performance and exhaust emissions, JSAE Review 22 (2001) ) Ma F., Hanna M. A., Biodiesel production: a review, Bioresource Technology 70 (1999) ) Canakcı M, The potential of restaurant waste lipids as biodiesel feedstocks, Bioresource Technology, Volume 98, Issue 1, January 2007, Pages

11 5.) Yavuz H. Aksoy F., Bayrakçeken H., Baydır S.A., DeğiĢik Bitkisel Yağ Metil Esterlerinin Üretilmesi, Fiziksel Ve Kimyasal Özelliklerinin KarĢılaĢtırılması Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2008 (2) ) Yıldız, A. 2007, Bazı Ağır Metallerle Sikloheksan Karboksilat ve Abietat Sentezi ve Özelliklerinin Ġncelenmesi, Doktora Tezi, Trakya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Edirne. TEġEKKÜR ÇalıĢtay koordinatörü, sunuları ve çalıģmalarıyla bizleri aydınlatan baģta Prof. Dr. Mehmet AY olmak üzere tüm çalıģtay ekibine TEġEKKÜRLERĠMĠZĠ ARZ EDERĠZ. ÖZGEÇMĠġ Ömer Erdoğan (Dicle Üniversitesi Kimya Öğretmenliği Bölümü DİYARBAKIR) Gaziantep ilinde, 1989 yılında doğdu. İlkokulunu 8 Şubat İlköğretim okulunda, liseyi Orhan Sevinç Lisesinde Gaziantep te okudu. Lisans eğitimine ise Diyarbakır da Ziya Gökalp Eğitim Fakültesi Kimya Bölümünde devam etmektedir. Gamze Karagünli (Kocaeli Üniversitesi Kimya Mühendisliği ve Çevre Mühendisliği Bölümü- KOCAELİ) Yalova ilinde,1989 yılında doğdu.ilkokulunu GSD Eğitim Vakfı İlköğretim Okulu nda, liseyi Şehit Osman Altınkuyu Anadolu Lisesinde Yalova da okudu.lisans eğitimine ise Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesinde Kimya Mühendisliği ve Çevre Mühendisliği bölümünde devam etmektedir. Selin Cimok ( Yıldız Teknik Üniversitesi Kimya Bölümü ĠSTANBUL) Ġstanbul ilinde, 1988 yılında doğdu.ġlkokulunu Bostancı Atatürk Ġlköğretim Okulu nda, Liseyi Üsküdar Fen Lisesinde Ġstanbulda okudu.lisans eğitimine Yıldız Teknik Üniversitesi Kimya Bölümünde tamamladı. 11