Polylactic acid recycling with environmentally benign fluids
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ÇAĞLA BOZCUOĞLU
Eş Danışman: NAİME ASLI SEZGİ
Danışman: ÇERAĞ DİLEK HACIHABİBOĞLU
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Geçtiğimiz son 10 yılda, petrol bazlı polimerler çevresel problemlere neden olduğu için petrol bazlı polimerlerin yerini biyobozunur polimerler almaktadır. Polilaktik asit (PLA) biyobozunur ve biyouyumlu yapısı ve uygun mekanik ve ısıl özellikleri nedeniyle bu yer değiştirme için güçlü bir aday olarak görülmektedir. PLA'nın kullanımının ve PLA'ya olan ihtiyacın artmasıyla yakın gelecekte PLA atık problemi olacaktır. PLA biyobozunur polimerler sınıfında yer almasına rağmen, bu bozunumu sağlayabilen sadece birkaç tip mikroorganizma bulunmakta olup bu mikroorganizmalar da her toprakta bulunmamaktadır. Ayrıca, PLA'nın biyobozunumu için nispeten yüksek sıcaklık ve nem gibi koşulların sağlanması gerekmektedir. PLA'nın bozunumu için var olan mevcut teknikler henüz tam olarak geliştirilmemiştir ve bozunma teknikleri hala araştırılmakta ve geliştirilmektedir. Bu yüzden, bu çalışmanın amacı PLA atık sorununa etkili ve çevreye duyarlı bir çözüm sunmaktır. Bu çalışmada, PLA'nın bozunum reaksiyonu derin ötektik çözücü (DÖÇ) ortamında kesikli ve yarı kesikli olarak iki farklı sistemde gerçekleştirilmiştir. Tüm bozunma deneyleri 180°C'de 8 saat boyunca gerçekleştirilmiştir. Çinko klorür-etilen glikol DÖÇ sentezlenip karakterize edilerek, PLA bozunum reaksiyonunda ortam olarak kullanılmıştır. Çinko klorür ve etilen glikol arasındaki kompleksleşme, etilen glikolün FTIR spektrumundaki 3390 cm-1'deki pikinin kayması ile doğrulanmıştır. Katalizör olarak alüminyum yüklü silika aerojel sentezlenip karakterize edilerek PLA'nın bozunumu reaksiyonda kullanılmıştır. Destek malzeme sol-jel metodu ile üretilmiştir ve alüminyum yapıya ıslak emdirme yöntemi ile yüklenmiştir. Alüminyum, silika aerojel desteğine ağırlıkça %15 ve %25 yüklenmiştir (sırayla, SAUAl15 ve SAUAl25). Her ikisi de PLA'nın ısıl bozunma reaksiyonunun aktivasyon enerjisini düşürmüştür ancak SAUAl15 aktivasyon enerjisini ve bozunma sıcaklığını düşürme açısından daha iyi performans göstermiştir. SAUAl15 aktivasyon enerjisini 262 kJ/mol'den 193 kJ/mol'e düşürürken, SAUAl25 aktivasyon enerjisini 262 kJ/mol'den 238 kJ/mol'e düşürmüştür. Kesikli reaktörde çinko klorür-etilen glikol DÖÇ'te PLA bozunumu reaksiyonunun ürün dağılımı GC-MS analizi ile incelenmiştir. Ayrıca PLA bozunma reaksiyonu ile aynı koşullarda DÖÇ'ün bozunması da araştırılmıştır ve bozunma ürünleri PLA bozunma ürünlerinden ayırt edilmiştir. Dioksan, dekan ve undekan, DES'in bozunmasıyla oluşan ana ürünlerdir. PLA bozunma reaksiyonunda oluşan ana ürünler dietilen glikol, trietilen glikol ve asetik asit hidrazino etil esterdir. Bu ürünlere ek olarak etil laktat ve 3-metil-2-hekzanon oluşmuştur. SAUAl15'in ürün dağılımına olan etkisi ve çinko klorür-etilen glikol DÖÇ ile olan etkileşimi incelenmiştir. Katalizör kullanımı ile etil laktat miktarı iki kat artmıştır. Yarı kesikli reaktörde gerçekleştirilen çinko klorür-etilen glikol DÖÇ'te PLA bozunma reaksiyonunun ürün dağılımı da GC-MS analizleri ile incelenmiştir. PLA bozunması ile oluşan başlıca ürünler 2-pentanol asetat, 3(2H)-furanon dihidro-2-metil ve etil laktat iken, DES bozunması ile oluşan ana ürünler 1,3-dioksolan, 2,2- dimetil ve dioksandır. SAUAl15'in ürün dağılımına olan etkisi incelenmiştir. Katalizör kullanımı ile 1,3-dioksolan, 2,2,4,5-tetrametil yeni oluşmuş, dioksan ve 3(2H)-furanon dihidro-2-metil miktarları artmıştır. Gaz ürün analizleri GC analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Tüm deneylerde, hidrojen ve karbon dioksit ana gaz ürünler olarak tespit edilmiştir. Yarı kesikli sistemde DÖÇ bozunma reaksiyonu için DÖÇ'ün dönüşümü %35,4'tür. PLA bozunma reaksiyonunda PLA dönüşümü %97,3 olarak hesaplanmıştır. PLA'dan elde edilen gaz ve sıvı ürünlerin ve reaktördeki katı kısım verimleri sırasıyla %56,8, %40,5 ve %2,6 olarak bulunmuştur. PLA katalitik bozunma reaksiyonunda PLA'nın dönüşümü %97'dir. PLA katalitik bozunmasından kaynaklanan gaz ve sıvı ürünler ve katı kısım verimleri sırasıyla %59,5, %37,4 ve %3,1 olarak hesaplanmıştır. Reaksiyon ortamı olarak çinko klorür-etilen glikol DÖÇ kullanılarak PLA bozundurulmuş ve katma değeri yüksek ürünler elde edilmiştir. Alüminyum yüklü silika aerojel katalizörleri, PLA bozunma reaksiyonunda umut verici bir aktivite göstermiştir.