Elektromembran prosesi ile NaOH, H3BO3 üretiminin ve optimizasyonunun incelenmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2026
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: HÜLYA ŞENOL BALCI
Danışman: Osman Nuri Ata
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Amaç: Bu çalışmada, herhangi bir reaktif kullanmadan ve sıvı atık üretmeden elektromembran prosesi ile borik asit (H3BO3 ) ve sodyum hidroksit (NaOH) üretimini mümkün kılacak çevreyle dost hibrit bir prosesin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Yöntem: Bu çalışmada, bipolar membranlı elektrodiyaliz (BMED) prosesi kullanılarak borik asit ve tuz içeren sentetik çözeltilerden eş zamanlı asit ve baz üretimi ile tuz ayrıştırılması hedeflenmiştir. Optimizasyon için, başlangıç tuz konsantrasyonu, asit ve baz konsantrasyonları, uygulanan akım ve akış hızı olmak üzere beş ana parametre belirlenmiş ve her biri dört seviyede Taguchi L16 ortogonal deney planı çerçevesinde sistematik olarak varyasyonları test edilmiştir. Deney sonuçları, ürün verimi, tuz dönüşüm oranı, akım verimliliği, enerji tüketimi ve ürün saflığı gibi performans kriterleri ışığında analiz edilmiştir. Optimum koşulların belirlenmesi için, elde edilen çoklu performans verileri Taguchi yöntemiyle desteklenen çok kriterli karar verme (ÇKKV) teknikleri olan TOPSIS ve MOORA yöntemleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Bulgular: Bipolar membranlı elektrodiyaliz (BMED) prosesi kullanılarak borik asit ve eş zamanlı asit-baz üretiminin optimizasyonu hedeflenmiştir. Taguchi deney tasarımı ile beş parametre (başlangıç tuz-H₃BO₃ konsantrasyonu, akım yoğunluğu, akış hızı, başlangıç asit-baz konsantrasyonu ve elektrolit konsantrasyonu) dört seviyede test edilmiş ve 16 farklı deneysel koşul oluşturulmuştur. Elde edilen sonuçlar, performans kriterleri (borik asit verimi, tuz dönüşümü, akım verimliliği, enerji tüketimi ve ürün saflığı) üzerinden değerlendirilmiş, varyans analizleri ile parametrelerin etkileri belirlenmiştir. Analizler, başlangıç tuz konsantrasyonu ve uygulanan akımın sistem performansı üzerinde en etkili faktörler olduğunu göstermiştir. Akış hızının artışı proses verimliliğini olumlu etkilerken, elektrolit konsantrasyonunun etkisi sınırlı kalmıştır. Çok kriterli karar verme yöntemleri (TOPSIS ve MOORA) ile en uygun parametre kombinasyonu seçilmiş ve doğrulama deneyleri ile desteklenmiştir. Borik asit kristallendirme süreci, karıştırma koşulları ve çözeltinin iyonik içeriği bağlamında incelenmiş; BMED ile %98,6 tuz giderimi sağlanarak ürün saflığı %99 ve üzerine yükseltilmiştir. Çalışma sonuçları, BMED prosesinin borik asit geri kazanımı ve asit-baz üretiminde enerji verimli, yüksek performanslı ve optimize edilebilir bir yöntem olduğunu ortaya koymaktadır. Sonuç: Bu çalışma sonucunda, çevreye duyarlı ve atık üretiminin minimize edildiği yenilikçi bir proses geliştirilerek, borik asit ve sodyum hidroksitin eş zamanlı ve yüksek verimlilikle üretilebileceği ortaya koyulmuştur. Bu proses, hem değerli kimyasalların geri kazanımını mümkün kılması hem de endüstriyel atıkların çevresel etkilerini azaltması açısından sürdürülebilir üretim hedefleriyle uyumlu bir yaklaşım sunmaktadır.