Tez özetleri Astronomi ve Uzay Bilimleri Anabilim Dalı

ERKAN Hakkı Evren

Danışman : Prof. Dr. İsmail BOZ

Anabilim Dalı : Kimya Mühendisliği

Programı : Proses ve Reaktör Tasarımı Programı

Mezuniyet Yılı : 2009

Tez Savunma Jürisi : Prof. Dr. İsmail BOZ

Prof. Dr. M. Ali GÜRKAYNAK

Prof. Dr. Muzaffer YAŞAR

Prof. Dr. İsmail AYDIN

Doç. Dr. Cemal ÖZEROĞLU

Hidrojen Yakıt Pili Membran Elektrot Bileşkesinin Tasarımı ve Yığınlarının İyileştirilmesi

Yakıt pili teknolojisi, çevreye zararlı fosil yakıtların yerine öne çıkan en önemli alternatif enerji üretim sistemidir. Bunun başlıca sebepleri; yüksek enerji verimleri, çok çeşitli yakıt (esas olarak hemen hepsi hidrojen veya dolaylı hidrojen kaynağıdır; metanol, etanol vb.) seçeneklere sahip olmaları ve çevreye çok duyarlı olmaları olarak gösterilebilir. Çalışmamız kapsamında hazırladığımız MEA (Membran Elektrot Bileşkesi) yapısı yakıt pilinin ‘kalbi’ olarak da nitelendirilebilir. Bu yapı temel olarak 3 ana kısımdan oluşmaktadır; anot, katot ve elektrolit membran. Anotta, hidrojen ve su katalizör vasıtasıyla proton ve elektrona dönüştürülür. Protonlar membran üzerinden katot tarafına geçerken, elektronlar dış devre üzerinden akarlar. Katotta ise proton ve elektronlar oksijen ya da kuru havanın etkisiyle suya indirgenirler. PEM (Proton Elektrolit Membran) yakıt pilleri için kullanılan en uygun katalizör karbon destek üzerine Pt katalizörüdür. Tez çalışması kapsamında, ticari olarak da yaygın biçimde kullanılan, bu katalizör kullanılmıştır.

MEA yapısını birleştirmek için katalizör kaplı membran yöntemi kullanılmıştır. Bu işlem sıcak baskı cihazıyla gerçekleştirilmiştir. MEA yapısını oluşturmak ve bu yapıyı birleştirmek çok hassas bir süreçtir. İstenen sonuçlara ulaşmak için pek çok parametrenin (nem, sıcaklık, basınç vb.) optimizasyonunu sağlamak gerekmiştir. Çalışma kapsamında, gerekli parametrelerin optimizasyonu sağlanmış, literatürde yapılan çalışmalarda bulunan sonuçlara yakın performans gösteren MEA yapıları oluşturulmuştur. Bunun yanısıra, bir yakıt hücresi yığını tasarımı yapılmış ve tasarlanan farklı yapıdaki akış yollarının performans testleri, karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.

Design of Hydrogen Fuel Cell Membrane Electrode Assembly and Optimization of Stacks

Fuel cell technology seems to be the most important alternative energy production system against harmful fossil fuel technologies. Higher energy efficiencies, having various fuel options as hydrogen source and being sensitive to environment can count as the main reasons for that situation. Our main thesis subject, MEA (Membrane Electrode Assembly) structure, can be described as ‘the hearth of fuel cell’. MEA consists of 3 major components; anode, cathode and electrolyte membrane. At the anode, hydrogen and water are transformed to protons and electrons by catalyst layer. Protons are conveyed to cathode by membrane at which proton is reacted with oxygen at the surface of cathode. Meanwhile, electrons which could not penetrate in membrane, flows on outer circuit. At the cathode side, protons and electrons are reduced to water by the oxygen or dry air. The most proper catalyst for PEM (polymer electrolyte membrane) fuel cells is Pt on carbon support. In our thesis project, this catalyst is used as which generally used in commercial applications.

We used catalyst coated membrane method to associate MEA structure. This process was performed by hot press device. It is a very sensitive process to compose and associate a new MEA structure. We have to optimize too many parameters as humidity, temperature, pressure etc. to reach desirable results. In our thesis project, the optimization of important parameters was ensured and we composed MEA structures which have comparable energy efficiencies in view of literature. In addition, a fuel cell stack design was made and the performance tests of different flow fields were investigated by comparative.

YURDAARMAĞAN Nezaket

Danışman : Yrd. Doç. Dr. İ. Metin HASDEMİR

Anabilim Dalı : Kimya Mühendisliği

Programı : Temel İşlemler ve Termodinamik

Mezuniyet Yılı : 2009

Tez Savunma Jürisi : Yrd. Doç. Dr. İ. Metin HASDEMİR

Prof. Dr. Umur DRAMUR

Prof. Dr. Ş. İsmail. KIRBAŞLAR

Doç. Dr. Mehmet BİLGİN

Doç. Dr. Cemal ÖZEROĞLU

Çeşitli Bitkisel Yağlardan Biyodizel Üretiminde Katalizör Ve Alkol Miktarı Etkilerinin İncelenmesi

Dizel yakıtları birçok alanda kullanılmakta ve ülke ekonomisinde önemli bir yer teşkil etmektedir. Petrolün her geçen gün azalması, petrol krizleri ve çevre bilincinin artması ile yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi artmıştır. Biyodizel, bitkisel ve hayvansal yağlar gibi yenilenebilir kaynaklardan üretilebilen alternatif bir yakıttır. Kimyasal olarak ise, uzun zincirli yağ asidi mono alkil esteri olarak tanımlanabilir. Biyodizel toksin olmayan, doğada kolay bozulabilir, çevreci bir yakıttır. Bu çalışmada, biyodizel olarak kullanılabilen metil esterler; ayçiçek yağı, mısırözü yağı ve kanola yağından elde edilmiştir. Laboratuar şartlarından iç ester değişim yöntemi kullanılarak katalizör ve alkol miktarının reaksiyon üzerine etkisi araştırılmıştır. Biyodizel üretimi için en uygun katalizörün en yüksek dönüşmeyi sağlayacak metanol ve yağ asidi miktarının tespit edilmesi amaçlanmıştır. Yağ asitlerinin esterifikasyonu ile biyodizel üretilmiş, gaz kromatografi cihazında analizleri yapılmıştır. Biyodizel üretiminde kullanılan alkoller arasında düşük maliyeti ve fiziksel-kimyasal avantajlarından dolayı (polar ve en kısa zincirli alkol) en sık tercih edileni metanoldur. Trigliseridlerle kolayca reaksiyona girebilir ve katalizör metanol içinde kolayca çözünebilir. Kullanılan alkol çeşidi, hem transesterifikasyonu ve hem de elde edilen biyodizel yakıtının özelliklerini etkilediğinden, oldukça önemlidir. Çünkü üretilen biyodizel yapısında kullanılan alkolün bağlarını da içerir. Her bir yağ çeşidi için 1/3, 1/6 ve 1/10 yağ/alkol molar oranında transesterifikasyon reaksiyonu gerçekleştirilmiştir. Katalizör olarak ise; asit ve enzim katalizörlere oranla daha hızlı olmaları, reaksiyonda oda sıcaklığının yeterli olması, daha az katalizör kullanımıyla reaksiyonun gerçekleştirilebilmesi, korozif olmamaları gibi nedenlerden dolayı bazik katalizörler (KOH, NaOH, NaOCH3 vb) tercih edilmiştir. Elde edilen esterlerin dönüşüm oranları, kinematik viskoziteleri, yoğunlukları, asit numaraları, alevlenme noktaları, pH değerleri, kırılma indisi, sabunlaşma sayısı, su içeriği, serbest yağ asidi miktarı ve kükürt içerikleri incelenmiştir. Grafikleri çizilip yorumlanmış ve karşılaştırmalar yapılarak en iyi sonuçlara hangi şartlarda varıldığına karar verilmiştir. Bu projenin amacı, atık yağ gibi kaynakları kullanarak elde edilen yağ asitlerinin metil alkol ile esterifikasyonunu, değişik sıvı ve katı katalizörlerle incelemek, uygun katalizör, reaksiyon koşullarını tayin etmek, elde edilecek esterin biyodizel ve endüstriyel yağların üretiminde kullanılabileceğini göstermektir. Bu yöntemle sanayi atıklarının veya evsel yağ atıklarının ekonomiye katkısını oluşturmaktır.

An Investigation of the Effects of Catalyst and Alcohol Amounts on The Productıon of Biodiesel From Various Vegetable Oils

Diesel fuels are used in many areas and take an important place in country’s economy. Decreasing of all day by day, petroleum crises and increasing the environmental consciousness cause to the interest in renewable energy sources. Biodiesel, which can be produced from edible source such as vegetable oils or animal fats, is an alternative fuel. Chemically, it can be defined as long-chain fatty acid mono alkyl ester. Biodiesel is non-toxic, biodegradable, environmental friendly fuel. In this study, methyl esters used as biodiesel were obtained from various vegetable oils such as sunflower oil, corn oil and canola oil. Under laboratory conditions, the effects of catalyst amount and alcohol molar ratio on the reaction were investigated by using transesterification method. For biodiesel production will provide the most suitable catalyst t convert methanol and the highest amount of fatty acid is intended to detect. Of fatty acids and biodiesel produced esterification, gas chromatography analysis was made device. Between the alcohols, which are using in production of biodiesel, methanol is more frequently chosen because of low cost and physical-chemical advantages. It can easily reaction with trigliserid and also catalyst can dissolve in methanol. Type of alcohol used, and also obtained transesterification and effects the properties of biodiesel fuels, it is very important. Alcohol used in biodiesel is produced because of the structure also includes links. For each type of oils, 1/3, 1/6 and 1/10 oil/alcohol molar ratio was carried out in reaction transesterification. As the catalyst, acids and enzymes to catalyze the rate to be faster, react in the room temperature is satisfactory, with less use of catalytic reaction can be performed, such as not to be corrosive because of base catalyst ( KOH, NaOH, NaOCH3 etc.) is preferred. Obtained from the ester conversation ratio, kinematic viscosities, densities, acid numbers, flash point, pH value, refractive index, saponification number, water content, free fatty acid quantity and sulfur content was examined, and make comparisons to the best result, under which conditions there is, was decided. The purpose of this project, resources such as waste oils obtained by using fatty acid methyl alcohol with the esterification, with various liquid and solid catalysts to examine the appropriate catalyst, reaction conditions to be designated, the ester will be obtained and industrial oil for biodiesel production is to be used. With this method of industrial waste or municipal waste oil is to create a contribution to the economy.

  

ARSLANOĞLU Özge Nurhayat

Danışman : Doç. Dr. İsmail İNCİ

Anabilim Dalı : Kimya Mühendisliği

Programı : Temel İşlemler ve Termodinamik

Mezuniyet Yılı : 2009

Tez Savunma Jürisi : Prof. Dr. Umur DRAMUR

Prof. Dr. Ş. İsmail KIRBAŞLAR

Prof. Dr. Mehmet MAHRAMANLIOĞLU

Doç. Dr. İsmail İNCİ

Doç. Dr. Mehmet BİLGİN
Karbon Nanotüplerin Adsorpsiyon İşlemlerinde Kullanılabilirliğinin İncelenmesi
Bu çalışmanın amacı ileri teknoloji ürünü karbon nanotüplerin sulu ortamdan çeşitli kimyasal maddelerin adsorpsiyonunda kullanılabilirliğinin incelenmesidir.
Çalışma iki bölümden oluşmaktadır. İlk aşamada çeşitli organik asitlerin, sulu çözeltilerinden karbon nanotüplerle adsospsiyonu incelenmiştir. Karboksilli asitler bir çok endüstriyel alanda yaygın olarak kullanılan biyoteknolojik maddelerdir. Bu nedenle karboksilli asitlerin elde edilmeleri ve ürün karısımlarından ayrılmaları önemli bir bilimsel ve ekonomik problemdir. Çalışmada kullanılan organik asitler sitrik asit, laktik asit, tartarik asit ve glikolik asittir. Önemli bir biyoteknolojik madde grubu olan karboksilli asitlerin sulu çözeltilerinden elde edilebilmesine ilişkin deneysel veriler elde edilmiştir.
Hidrosikarboksilik asitlerin farklı başlangıç konsantrasyonları hazırlanmış ve sabit nanotüp miktarıyla 25, 35 ve 45 °C’deki adsorpsiyon etkinlikleri belirlenmiştir.Adsorpsiyon sonrası sulu faz analiz edilmiş, başlangıç konsantrasyonu ve sıcaklık arttıkça adsorpsiyon etkinliğinin azaldığı gözlemlenmiştir.
Çalışmanın ikinci bölümünde ise atık sulardaki nikel, kadmiyum gibi ağır metallerin karbon nanotüplerle adsorpsiyonu incelenmiştir. Nikel ve kadmiyum sülfat çözeltileri hazırlanmış ve değişen nanotüp miktarları ile temasa getirilmiştir. Yapılan çalışmada optimum nanotüp miktarı belirlenmiştir

 

 

Investigation of Applicability of Carbon Nanotubes on Adsorption Operations
The aim of this study is to examine a variety of chemicals adsorption with an advanced technology products carbon nanotubes from the aqueous media.
This project has two parts. In the first part, adsorption of different organic acids by carbon nanotubes from aqueous solutions was studied. Carboxyllic acids are biotechnological substances that used in many industries extensively. Therefore production and seperation of carboxylic acids from product mixtures are important scientific and economical problems. Citric acid, lactic acid, tartaric acid and glycolic acid have been used in this study as an organic acid. Carboxylic acids are important biotechnological substances. Experimental data of carboxylic acids, which are gotten from aqueous solution, were obtained.
Hydroxy carboxylic acid solutions having different initial concentration were prepared and the adsorption activity was obtained with constant amount of nanotubes at 25, 35 and 45 ^oC. When the initial concentration and temperature increased, adsorption activity has decreased.
In the second part of the project, the adsorption of heavy metals ( cadmium, nickel ) from wastewater was studied. Nickel and cadmium sulfate solutions were prepared and optimum amount of carbon nanotubes was determined with using different amounts of

carbon nanotubes.

Gündoğdu Tuğba
Danışman : Doç. Dr. Süheyla Çehreli

Anabilim Dalı : Kimya Mühendisliği

Programı : Temel İşlemler ve Termodinamik

Mezuniyet Yılı : 2009

Tez Savunma Jürisi : Doç.Dr.Süheyla ÇEHRELİ (Danışman

: Prof.Dr.Umur DRAMUR

) : Prof.Dr.Ş.İsmail KIRBAŞLAR

: Doç.Dr.Mehmet MAHRAMANLIOĞLU

: Doç.Dr.Mehmet BİLGİN

Su – Karboksilik Asit- Çözücü ( Metil Tersiyer Butil Eter, 1-Undekanol Ve Dietil Maleat) Sıvı Sistemleri Faz Dengeleri

Bu çalışmada Su- Karboksilik Asit – Çözücü üçlü sistemlerinin 298.15 K’deki sıvı – sıvı denge verileri deneysel olarak belirlenmiştir.Su- Formik Asit- Çözücü ( Metil Tersiyer Butil Eter, Dietil Maleat, 1-Undekanol), Su- Asetik Asit- Çözücü (1-Undekanol, Dietil Maleat), Su- Propiyonik Asit-Çözücü (Metil Tersiyer Butil Eter, 1-Undekanol, Dietil Maleat), Su-Butirik Asit-Çözücü (Metil Tersiyer Butil Eter, 1-Undekanol, Dietil Maleat) ve Su-Valerik Asit- Çözücü (Metil Tersiyer Butil Eter, 1-Undekanol, Dietil Maleat) üçlü sistemlerine ait çözünürlük eğrileri ve bağlantı doğruları deneysel olarak belirlenmiştir.

Deneysel verilerin güvenilirliğini test etmek için Othmer-Tobias korelasyonu uygulanmıştır.

Deneysel verilerden yararlanarak her bir üçlü sisteme ait dağılma katsayıları, ayırma faktörleri ve seçicilikleri hesaplanmıştır.

Phase Equilibria of Water-Carboxylic Acid-Solvent( Methyl Tert-Butyl Ether, 1-Undecanol and Diethyl Maleate) Liquid Systems.

Liquid – liquid equilibrium ( LLE ) data were determined for the ternary system water- carboxylic acid – solvent at 298.15 K. Solubility and tie-line data of Water- Formic Acid- Solvent (Methy Tert-Butyl Ether, 1-Undecanol, Diethyl Maleate), Water- Acetic Acid-Solvent(1-Undecanol, Diethyl Maleate), Water- Propionic Acid-Solvent(Methyl Tert-Butyl Ether, 1-Undecanol, Diethyl Maleate), Water-Butyric Acid-Solvent(Methyl Tert-Butyl Ether, 1-Undecanol, Diethyl Maleate), Water-Valeric Acid-Solvent(Methy Tert-Butyl Ether, 1-Undecanol, Diethyl Maleate) were determined experimentally.

The reliability of the experimental tie-line data was ascertained by using the Othmer-Tobias correlation. Distribution coefficients, seperation factors, selectivity values were calculated from experimental data.