Bipolar membranlı elektrodiyaliz entegreli çevreye dost prosesler ile sodyum karbonat üretiminin incelenmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: DUYGU ADIGÜZEL
Danışman: Osman Nuri Ata
Özet:Amaç: Bu çalışmada, sodyum karbonat (Na2CO3) üretim yöntemi olan Solvay prosesine alternatif bir prosesin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Solvay prosesinde görülen atık problemlerinin, hammadde israfının ve fazla enerji tüketimlerinin bu çalışma ile giderilmesi hedeflenmiştir Yöntem: Bu çalışmada üç aşamalı bir yöntem sunulmaktadır. Birinci aşamada, Bipolar Membranlı Elektrodiyaliz (BMED) sistemi kullanılarak Na2CO3 ve hidroklorik asit (HCl) üretilmesi ve BMED sistemine etki eden parametreler incelenmiştir. Bu aşamada, potansiyel fark, akım ve membran türü parametre olarak tayin edilmiş ve bu parametreler doğrultusunda performans kriterleri tartışılmıştır. İkinci aşamada, kalsiyum karbonat (CaCO3)'ın HCl ile liç edilmesi araştırılmıştır. Çalışmada, karıştırma hızı, başlangıç konsantrasyon değişimleri ve sıcaklık parametre olarak belirlenmiş, bu parametrelere göre karbondioksit (CO2) oluşumları incelenmiştir. Üçüncü aşamada ise Na2CO3'ün CO2 ile reaktif absorpsiyonu incelenmiştir. Çalışmada basınç, karıştırma hızı, deney süresi, başlangıç Na2CO3 konsantrasyonu parametre olarak belirlenmiş ve belirlenen parametrelere göre Taguchi yöntemi kullanılarak deney planı oluşturulmuştur. Deney planına göre optimum koşullar belirlenmiştir. Her bir aşamada elde edilen deney sonuçları incelenerek, tartışılmıştır. Bulgular: Birinci aşama olan BMED prosesine NaHCO3 ve NaCl beslenerek Na2CO3 ve HCl üretimi gerçekleştirilmiştir. Proses parametrelerinden akım değişiminin proses süresi ve enerji tüketimleri üzerinde en etkili parametre olduğu ortaya koyulmuştur. Ele alınan tüm parametrelerde tuzun HCl'ye dönüşümlerinin yaklaşık %90, sodyum bikarbonat (NaHCO3)'ın Na2CO3'e dönüşümlerinin yaklaşık %95 ve desalinasyon oranlarının ise yaklaşık %99 olduğu tespit edilmiştir. İkinci aşama olan liç işleminde, CO2 oluşumu üzerinde en etkili parametrenin karıştırma hızı olduğuna karar verilmiştir ve birinci aşamada üretilen 1,16 M HCl çözeltisinin bu aşamada kullanılabileceği ortaya koyulmuştur. Üçüncü aşamada ise belirlenen parametreler doğrultusunda NaHCO3 dönüşümleri temel alınarak en etkili parametrenin karıştırma hızı olduğu tespit edilmiş ve Na2CO3'ün NaHCO3'e dönüşümü %98,2 olarak bulunmuştur. Ayrıca, ikinci aşamada üretilen CO2'nin bu aşamada kullanılabileceği tespit edilmiştir. Son olarak, 3. aşamada elde edilen 1,14 mol NaHCO3 çözeltisi ve 1,08 mol NaHCO3 kristali elde edilmiştir. Elde edilen NaHCO3 çözeltisi birinci aşamada (BMED), kullanılabileceği ortaya koyulmuştur. NaHCO3 kristali ise Na2CO3 üretimi için dördüncü aşama olan kalsinasyon işlemi için kurutulup depolanmıştır. Sonuç: Bu çalışma sonucunda çevre dostu, atık üretiminin minimize edildiği bir proses ile sodyum karbonat üretiminin yapılabileceği ortaya koyulmuştur. Anahtar Kelimeler: Bipolar membranlı elektrodiyaliz, Solvay prosesi, soda külü, sodyum karbonat, sodyum bikarbonat çevre dostu proses