Lignoselülozik biyokütlenin organosolv yöntemiyle fraksinasyonu: Selüloz ve lignin fraksiyonlarının valorizasyonu

Nüfusun hızla artması ve sürekli gelişen sanayi nedeniyle dünyada sürdürülebilirlik talebi hızla artmaktadır. Sürdürülebilir kaynakları yaşam döngüsüne kazandırmak, sürdürülebilirliği sağlamak adına önemli bir rol taşımaktadır. Bu kaynaklar içerisinde farklı dönüşüm yöntemleri kullanılarak yakıt, enerji, malzeme ve kimyasal madde üretimine imkân sağlayan yegâne kaynak biyokütledir. Çeşitli biyokütle türleri arasında, lignoselülozik biyokütle doğa da bol miktarda bulunması, kolayca temin edilebilir olması ve düşük maliyetli olması nedeniyle en umut verici hammaddedir. Lignoselülozik biyokütlenin yapısal bileşenlerinden maksimum fayda sağlayabilmek için lignoselülozik biyokütleye mutlaka ön işlem uygulanması gerekmektedir. Ön işlem seçiminde biyokütlenin türü, istenilen nihai ürün ve maliyeti önemlidir. Ön işlemler arasından organosolv yöntemi yüksek saflıkta lignin geri kazanılmasını sağlarken selülozda çok az bozulma meydana gelir ve çok düşük miktarda kül ortaya çıkarmaktadır. Organosolv işlemiyle yapılan literatürdeki çalışmalar genellikle basınçlı koşullar altında gerçekleştirilmiştir. Fakat yüksek basınçlı sistemlerin maliyeti ve yüksek basınç riski düşük kaynama noktalı çözücülerin kullanımını sınırlamaktadır. Etilen glikol (EG) ve γ-valerolakton (GVL) gibi yüksek kaynama noktasına sahip çözücüler daha hafif koşullarda, basınçlı reaktörlere ihtiyaç duyulmadan kullanılabilmektedir. Ayrıca literatürde yüksek kaynama noktasına sahip çözücülerle delignifikasyon incelense de ligninin çöktürülmesi ve geri kazanılması nadiren araştırılmıştır. EG ve GVL çözücülerinin yüksek kaynama noktasına sahip oldukları için atmosferik koşullarda çalışmaya uygundur. Ayrıca hem EG hem de GVL yeşil çözücü oldukları için sürdürülebilir ekonomiye katkı sağlayacaktır. Literatürde katalizör olarak fosforik asit (FA), asetik asit (AA) ve sodyum hidroksit (NaOH) atmosferik koşullarda hiç denenmemiştir. Bu nedenle elde edilen sonuçlar organosolv çalışmalarına, biyorafinasyon yöntemlerine ve biyoekonomiye önemli katkı sağlayacaktır. Bu tez üç aşamadan oluşmuştur. İlk olarak ön işlemlerden bahsedilmiştir, ikinci kısımda organosolv işlemi deneyleri hakkında bilgi verilmiştir ve deneysel bulgular tartışılmıştır, son olarak elde edilen lignin ve selülozların kullanım alanları hakkında bilgi verilmiştir. Çalışmada iki farklı lignoselülozik biyokütle olan fındık kabuğu ve ladin odun talaşı ayrı ayrı olarak farklı şartlarda organosolv ön işlemiyle incelenmiştir. Elde edilen ligninler ve selülozca zengin küspenin analizleri yapılmıştır ve elde edilen bulgular tartışılmıştır. Hem fındık kabuğu hem de ladin odun talaşında delignifikasyon verimi en yüksek EG-FA çözücü-katalizör sistemi olmuştur. AA sistemi FA ve NaOH katalizörleriyle karşılaştırıldığında etkin bir katalizör olmadığı görülmüştür. GVL ile yapılan işlemde delignifikasyon verimi fındık kabuğunda (<%26) ve ladin talaşında (%39) olduğu görülmüştür ve fındık kabuğunda GVLAA çözücü-katalizör sisteminde lignin çöktürülememiştir. EG ve GVL çözücüsü farklı koşullarda kullanılmasıyla etkin bir çözücü olarak umut vadetmektedir.