AYÇİÇEK YAĞI ÜRETİMİ YAN ÜRÜNLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

Transkript

1 AYÇİÇEK YAĞI ÜRETİMİ YAN ÜRÜNLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ U. OLGUN, Ö. ÖZYILDIRIM, V. SEVİNÇ Sakarya Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, Mithatpaşa, 54, Sakarya ÖZET Ayçiçek yağı üretim tesislerinden temin edilen atık numunelerinin uçucu bileşen, nem, kül ve sabit karbon oranları tayin edilerek bunların farklı endüstrilerde yeniden değerlendirilmesi araştırılmıştır. Ayçiçek çekirdek kabuğu, yağ üretimi ekstraksiyon atığı ve bu tür biyokütle atıklarından üretilen aktif karbonların metaller için adsorban olarak kullanımı incelenmiştir. Bu çalışmada, hazırlanan çeşitli katı adsorbanlar ile Cu 2+ ve Au + iyonlarının sulu çözeltilerden ayrılması çalışılmıştır. Çekirdek kabuklarının altın adsorptivitesi üzerine ph ın etkisi tespit edilerek, hazırlanan adsorban tozların ve aktif karbonun adsorpsiyon özellikleri ticari aktif karbon ve Klinoptilolit türü doğal zeolit ile kıyaslanmıştır. Anahtar Kelimeler Aktif karbon; Ayçiçek çekirdeği; Biyokütle; Metal adsorpsiyonu; Yağ üretim atığı.. GİRİŞ Son yıllardaki teknolojik gelişmelere bağlı olarak, daha önceden etkin kullanımları mümkün olmayan çevresel katı atıklar ve üretim sırasında oluşan yan ürünler geri kazanılmakta; ve daha sonra işlenerek değişik amaçlarla farklı endüstri alanlarında değerlendirilmektedir. Türkiye deki ayçiçek yağı endüstrisi yılda, ton katı atığı yan ürün olarak üretmektedir []. Göz ardı edilemeyecek kadar büyük miktarlardaki biyokütle atıklarının sanayide değerlendirilmemesi ülke ekonomisi için ciddi bir kayıptır. Ayçiçeği (H. annus L.) tohumundaki yağ oranı çevresel faktörlere ve bitki türüne göre ağırlıkça %4-5 aralığında değişim göstermektedir [2]. Yağ üretiminden kalan katı atıkların enerjiye dönüştürülmesi veya doğrudan yakıt olarak değerlendirilmesi ile ilgili araştırmalar mevcuttur [-]. Bununla beraber, üretim yapan bir fabrikada, atıkların doğrudan yakılması yoluna gidilmiş, fakat verimsiz yanma ve fazla miktarlarda uçucu madde oluşumu görülmüştür. Bu nedenlerle atıkların bir bölümünün daha sonra hayvan yemi üretiminde kullanılması uygulamasına geçilmiştir. Bu konuda şu ana kadar bazı çalışmalar yapılmış olmasına rağmen, yeni kullanım alanlarının geliştirilmesine büyük ihtiyaç duyulmaktadır. 2. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Deneysel çalışmalarda kullanılan ayçiçek yağı üretim atıkları olan çekirdek kabuğu ve ekstraksiyon atığı numuneler, ARI Gıda Sanayii Balıkesir tesislerinden temin edilmiştir. Klinoptilolit türü doğal zeolit Etibank A.Ş. Bigadiç üretim tesislerinden temin edilmiştir. Ticari aktif karbon Merck den temin edilerek kullanılmıştır. Adsorban tozlarının hazırlanması amacıyla ayçiçek çekirdek kabukları, ekstraksiyon atıkları ve bunlardan üretilen aktif karbonlar öğütülerek 25 µm lik elekten elenmiştir. Aynı işlemler Klinoptilolit türü doğal zeolit için de tekrar edilmiştir. Hazırlanan adsorbanlar 2 saat süresince 5 C deki etüvde kurutulduktan sonra kullanılmıştır. Cu 2+ çözeltileri CuSO 4 5H 2 O (Merck) ve Au + çözeltileri metalik Au veya

2 2 ppm lik H(AuCl 4 ) ün %5 lik HCl içerisindeki standart numunesi (Merck) kullanılarak hazırlanmıştır. Au çözeltilerinin ph değerlerinin ayarlanması NaOH çözeltisi kullanılarak yapılmıştır. Aktif karbon hazırlama öncesinde katı atıkların bir bölümü borik asit ile muamele edilmiştir. Atık numunelere borik asit emdirilmesi amacıyla yaklaşık 5 g katı atık 2 ml %5 lik H BO çözeltisi içerisinde C sıcaklıkta 2 saat bekletilmiştir; daha sonra ise süzülerek kurutma yapılmıştır. Aktif karbon hazırlanması işlemi, atık örneklerinin 5-4 C deki fırında hava ile teması kesilen kapalı bir ortamda 2 saat süresince bozunması ile gerçekleştirilmiştir. Daha sonra ise öğütme ve eleme işlemleri yapılmıştır. Adsorpsiyon deneyleri 2 ml metal çözeltisi ve.24 g adsorban kullanılarak yapılmıştır. Çözeltilerdeki metal iyonlarının derişimleri Atomik Absorpsiyon cihazı ile tespit edilmiştir. Ayçiçek çekirdek kabuğu, ekstraksyon atığı ve bunlardan elde edilen aktif karbonlar kullanılarak ölçümler yapılmıştır. Buna ek olarak yaygın olarak kullanılan adsorban malzemeler olan Klinoptilolit ve Merck marka ticari aktif karbon aynı şartlarda hazırlanarak karşılaştırma amacıyla test edilmiştir. Deneysel çalışmalarda kullanılan toplam sekiz değişik adsorban (Çizelge ) de numaralandırılarak gösterilmiştir. Çizelge. Metal iyonlarının adsorpsiyonu için kullanılan adsorbanlar. Adsorban No Adsorban Olarak Kullanılan Malzeme Ayçiçek çekirdek kabuğu Ekstraksyon atığı Aktif karbon (ayçiçek çekirdek kabuğundan üretilen) Aktif karbon (ekstraksiyon atığından üretilen) Aktif karbon (Borik asit emdirilmiş çekirdek kabuğundan üretilen) Aktif karbon (Borik asit emdirilmiş ekstraksiyon atığından üretilen) Aktif karbon (Merck marka endüstriyel standart) Klinoptilolit türü doğal zeolit Atık örneklerin uçucu madde, nem, kül ve sabit karbon analizleri yapılarak (Çizelge 2) de verilen sonuçlar elde edilmiştir. Çizelge 2. Ayçiçek yağı üretim atıklarının analiz sonuçları. Bileşen (%) Ayçiçek çekirdek kabuğu Ekstraksyon atığı Uçucu madde Nem Kül Sabit Karbon Adsorpsiyon ölçümlerinde kullanılmak üzere yaklaşık ppm lik L Cu 2+ çözeltisi gerekli miktardaki CuSO 4 5H 2 O ın suda çözülmesi ile hazırlanmıştır. Daha sonra bu çözeltiden 2 ve 24 saatlik deneyler için ayrı ayrı 2 ml lik 6 adet örnek alınmış ve üzerlerine absorbanlar eklenmiştir. Çözeltiler 2 ve 24 saat sonunda süzülerek absorbanlar ayrılmış, bakır derişimleri, stok çözeltilerin derişimleri ile birlikte, Atomik Absorpsiyon cihazı ile tayin edilmiştir. Altın absorpsiyonu için ise 4 ppm ve 2 ppm olarak hazırlanan Au + çözeltilerinden 2 şer ml her bir absorban için ayrı ayrı beherlere alınarak, üzerlerine,, ve no lu absorbanlar eklenmiştir. 4 ppm lik çözelti 2 saat sonunda ve 2 ppm lik çözelti 2 saat sonunda süzülerek absorbanlar ayrılmış ve altın derişimi, stok çözelti derişimi ile birlikte, Atomik Absorpsiyon cihazı ile tayin edilmiştir.

3 . SONUÇLAR Bakır iyonlarının adsorpsiyon ölçümleri (Çizelge ) de belirtilen adsorbanlar kullanılarak 2 ve 24 saatlik süreler için gerçekleştirilmiştir. Elde edilen deneysel sonuçlar (Çizelge ) de gösterilmiştir. Tüm adsorbanlar için adsorpsiyonun kabaca ilk 2 saat sonunda tamamlanmış olduğu söylenebilir. Hazırlanan adsorbanlar içerisinde, en yüksek bakır adsorptivitesine sahip tozlar, %95 in üzerindeki Cu 2+ adsorpsiyonu ile, ayçiçek çekirdek kabuğu ve ekstraksyon atığından elde edilen aktif karbonlardır ( ve 4 numaralı adsorbanlar). Borik asit ile muamele edilen örneklerden üretilen aktif karbon tozları (5 ve 6 numaralı adsorbanlar) ise daha düşük adsorpsiyon oranları (%6-9) göstermiştir. Standart aktif karbon ( numaralı adsorban) % e yakın Cu 2+ adsorptivitesi ile en yüksek adsorpsiyon değerine sahiptir. Öğütme ve kurutma dışında herhangi bir ön işleme tabii tutulmadan doğrudan kullanılan fabrika atıkları ( ve 2 numaralı adsorbanlar) ise %- kadar önemli miktarlarda metal adsorplama kapasitesi göstermiştir. Herhangi bir ek üretim maliyeti olmayan atık numuneler ile ulaşılan bu ayırma kapasitesi Klinoptilolit türü doğal zeolit ile elde edilen %5 lik bakır adsorpsiyonu değerinden oldukça yüksektir. Çizelge. Kullanılan adsorbanlar için ölçülen bakır derişimleri ve adsorpsiyon oranları. Bakır Derişimi (ppm) Adsorplanan Bakır (%) Adsorban No 2 saat a 24 saat b 2 saat a 24 saat b a: Adsorban miktarı.24 g ve başlangıç bakır derişimi.4 ppm. b: Adsorban miktarı.24 g ve başlangıç bakır derişimi 9.2 ppm Altın adsorpsiyonu için çeşitli adsorbanlar kullanılarak yapılan 2 ve 2 saatlik deneyler sonucunda elde edilen ölçüm sonuçları (Çizelge 4) de görülmektedir. Ayçiçek çekirdek kabuğundan üretilen aktif karbonun ( numaralı adsorban) Au + adsorptivitesi, standart aktif karbon olan numaralı adsorbanın Au + adsorptivitesi değerine oldukça yakındır. Altın iyonlarının hemen hemen tamamı adsorban tarafından çözeltiden uzaklaştırılmıştır. Öğütülmüş ayçiçek çekirdek kabuklarının doğrudan adsorban olarak kullanılması durumunda ise adsorplanan Au + miktarı 2 saat sonunda %9 ve 2 saat sonunda %9 olarak tespit edilmiştir. Doğal zeolit Klinoptilolit ( numaralı adsorban) ise ilk 2 saat sonunda sadece % ve 2 saat sonunda %5 düzeyinde adsorpsiyon göstermiştir. Çeşitli adsorbanlar için Cu 2+ ve Au + iyonlarının 2 saat sonunda elde edilen adsorpsiyon oranları (Şekil ) de karşılaştırılmıştır. Adsorpsiyon değerleri incelendiğinde, çekirdek kabuklarından oluşan atıkların hem bakır hem de altın iyonlarını kısa sürede tutarak ortamdan uzaklaştırabilecek güçlü bir adsorban olduğu görülmektedir. Yalnızca öğütülerek elde edilebilen ve yüksek derecede metal adsorptivitesine sahip biyokütle türü atıklar, düşük enerji maliyeti ile üretilebilecek alternatif bir adsorban malzeme olarak önerilmektedir. İstenildiği taktirde aktif karbona dönüştürülerek de değerlendirilebilecek bu tür fabrika atıklarının ekonomiye yeniden kazandırılması büyük bir önem taşımaktadır. Çizelge 4. Çeşitli adsorbanlar için 2 ve 2 saat sonunda ölçülen altın derişimleri ve adsorpsiyon oranları.

4 Altın Derişimi (ppm) Adsorplanan Altın (%) Adsorban No 2 saat a 2 saat b 2 saat a 2 saat b a: Adsorban miktarı.24 g ve başlangıç altın derişimi 4.6 ppm. b: Adsorban miktarı.24 g ve başlangıç altın derişimi 2.65 ppm. 2 % Adsorpsiyon Cu Cu 2+ Au Au Çekirdek kabuğu Aktif Karbon (çekirdek kabuğu) Aktif Karbon (Merck) Klinoptilolit Adsorban Şekil. Cu 2+ ve Au + iyonlarının çeşitli adsorbanlar için 2 saat sonundaki adsorpsiyon oranları. Ayçiçek çekirdek kabuğu ile değişik ph değerlerinde yapılan altın adsorpsiyonu deneylerinin sonuçları (Çizelge 5) de verilmiştir. Adsorplanan Au + oranları incelendiğinde ayçiçek çekirdek kabuğunun altın için iyi bir adsorban olduğu açıkça görülmektedir. Bununla beraber, altın adsorptivitesi ph ın bir fonksiyonu olup, yaklaşık ph.5 civarında sulu çözeltilerden %9 oranında Au + iyonlarının uzaklaştırılması mümkün olmaktadır. Çizelge 5. Ayçiçek çekirdek kabuğunun doğrudan adsorban olarak kullanılması ile 2 saat sonunda ulaşılan altın adsorpsiyon oranlarına ph'ın etkisi. ph Başlangıç derişimi (ppm) Son derişim (ppm) Adsorplanan altın (%) <

5 Yapılan araştırma ve deneysel bulgular ayçiçeğinin önemli bir potansiyel kaynak olduğunu göstermektedir. Uygun işletim şartlarında modifiye edilebilecek yağ üretim atıklarının muhtemel kullanım alanları:. Adsorban olarak kullanımı, 2. Gübre ve hayvan yemi üretiminde kullanımı,. Plastik dolgu malzemesi olarak kullanımı, 4. Yakıt olarak kullanımı, şeklinde belirlenmiştir. Ağır metallerin sudan ayrılması işleminde katı bir yüzeyde adsorpsiyon yoluyla tutularak ayrılmaları büyük önem taşımaktadır ve bu amaçla daha çok aktif karbon ve doğal zeolit türü malzemeler tercih edilmektedir. Bu çalışmada, yağ fabrikası atıklarının adsorban olarak değerlendirilebileceği gösterilmiştir. Katı atıkların farklı endüstrilerde yeniden kullanımı, üretim maliyetinin düşürülmesi ve çevreye zararlı etkilerin azaltılması bakımından büyük önem taşımaktadır. KAYNAKLAR. Özcan, A., Pyrolysis of three different biomass and characterization of the liquid products. Doktora tezi, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir, Gerçel, H.F., Production and characterization of pyrolysis liquids from sunflower-pressed bagasse, Bioresource Technology 5,, 22.. Haykırı-Açma, H., Combustion characteristics of different biomass materials, Energy Conversion and Management, 44, 55 62, Demirbaş, A., Akdeniz, F., Fuel analyses of selected oilseed shells and supercritical fluid extraction in alkali medium, Energy Conversion an Management, 4,9 94, Gürbüz-Beker, Ü., Briquetting of Afşin-Elbistan lignite of Turkey using different waste materials, Fuel Processing Technology, 5, -44, Gürbüz-Beker, Ü., Küçükbayrak, S., Özer, A., Briquetting of Afşin-Elbistan Lignite, Fuel Processing Technology, 55, -2, 99.. Pütün, A.E., Özcan, A., Gerçel, H.F., Pütün, E., Production of biocrudes from biomass in a fixedbed tubular reactor: product yields and compositions, Fuel,, -, 2.