FBE- Kimya Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 103
-
ÖgeBor yayınımıyla çeliklerde yüzey sertleştirme(Fen Bilimleri Enstitüsü, 1984-09-11)Bor ve bileşikleri, çelik sanayinde cüruf yapıca alaşım elementi ye yüzey sertleşti rici olarak kullanılmakta dır. Türkiye'de bol miktarda bulunan bor minerallerinin meta lürjide değerlendirilmesine yönelik olan bu çalışmada özellik le bor bileşikleriyle çeliklerde yüzey sertleştirme "BORLAKA" işlemi üzerinde durulmuştur. Borla yüzeyi sertleştirilmiş çelik grubu malzemeler, borlu tabakanın çok sert (*v 2000vikers), aşınmaya dayanıklı ve sürtünme katsayısının,çok düşük olması nedeniyle endüstri de bir çok kullanım alanı bulmuşlardır. Borlu malzemelerin ko- rozyon direnci, HCl asitde ve Al, Zn, Pb metallerinin sıvı banyolarında oldukça yüksektir. Bor ila yüzey sertleştirme» esas olarak borun yüksek sıcaklıkta celine yayınımı olayıdır. Bor kaynağının fiziksel durumu sıvı, gaz veya katı olabilir. Borlama banyosu ana bile şeni herhangi bir bor bileşiğidir. (B-C, tîaJB.O-, BJHL gibi). Bor yayınımı genel olarak çeliğin borlama ortamında 850-1000 °C sıcaklıkta 2-6 saat bekletilmesiyle gerçekleşmektedir. Borlu tabakanın özellikleri, Borlanan çeliğin bile şimi başta olmak üzere, borlama sıcaklığı ve süresi ile ila ve ısıl işlemlere bağlıdır. Borlamanm endüstriyel uygulaması için tek fazlı (Fe"B) yapı veren ve bor yayındırma potansiyeli yüksek olan borlama ortamları gereklidir. Son senelerde uygulamaya ko nulan bu tür banyo bileşimleri genellikle patentlerle korun maktadır. Ülkemizde mevcut bor kaynaklarıyla borlama banyo-- II - sunun tesbiti bu çalışmanın ilk aşamasını oluşturmaktadır. Deneysel çalışmalarda, borlama metodu olarak "sıvı ortam borlaması" ve borlama ana bileşeni olarak da "boraks" seçilmiştir. Tez, "Ülkemiz kaynaklarıyla borlama banyosu tes biti" ve "elde edilen borlu tabakanın özellikleri" çerçevesin de sunulmuştur. ' Deneysel çalışmaların birinci bölümünde, ana banyo bileşeni olan "Boraks"a, "Ferro-silis!' ı ve "Ferro-silis+kalsi- ne borik asit" ilavelerinin borlu tabaka faz yapısı ve kalın lığına etkisi araştırılmıştır. Deneyler, 940 °C sıcaklıklı banyolarda AISI 1042 çeliğinin 5 saat, süreyle borlanmasıyla gerçekleştirilmiştir. "Boraks+Ferro-silis" bileşimli banyo larla tek fazlı borür tabakası (FeJB) elde edilmiş ve banyo daki ıFerro-si lis miktarı arttıkça borlu tabaka kalınlığının artığı gözlenmiştir. "Boraks+Ferro-silis" sistemine kalsine borik asit ilavesi ise, borür tabaka kalınlığının 3-4 misil artırmıştır. "BorakstFerro-siıis+kalsine borik asit" bileşim li banyolarla elde edilen borür tabakası faz yapısının sis temdeki kalsine borik asit miktarıyla ilgili olduğu» %18'den fazla kalsine borik asit ilavesinin borür tabakasında' Fe2B yanında FeB fazını da oluşturduğu tesbit edilmiştir. Borlu tabaka faz yapısı ve çalışma koşulları bir arada" gözönüne alındığında, borak'sa ilave edilen Ferro-si lis" in %25' i ve kalsine borik asidin de %16'i geçmemesi öne rilmiştir. Deneysel çalışmaların ikinci kısmında borlu taba kanın Özellikleri araştırılmıştır. Borlu tabakanın borür ta bakası ve geçiş zonundan oluştuğu tesbit edilmiştir. Geçiş zönunun varlığı, otoradyograf i metodundan faydalanılarak- Ill aydınlığa kavuşturulmuştur. 5B10.ı.0n,» 2«K + Li* +2,4 MeV reaksiyonuna dayanan otoradyograf i metodunda o( partiküllerini tesbit için selüloz asetat butirat (SAB) kullanılmıştır. Nöt ron ışınlamasından sonra SAB malzemesi, 60 °C sıcaklıktaki % 28'lik KOH banyosunda 10-25 dakika süreyle dağlanmıştır. Bu metodla geçiş zonundaki borun mikroskobik dağılımı SAB üzeri ne çıkarılmıştır. Alaşımlı ve yüksek karbonlu çeliklerde optik mikroskopla tesbit edilemeyen geçiş zonu» otoradyografi meto duyla tesbit edilebilmiştir. Yine bu metodla bor yayınımının, malzeme haddeleme yönüne paralel bir yönlenme gösterdiği de gözlenmiştir. AISI 1042 çeliğinde elde edilen geçiş zonu ile ilgi li diğer bir bulgu ise, borun bu zonda çeliklerde alaşım ele menti olarak gösterdiği etkileri göstermesi olmuştur. Deneysel çalışmaların son bölümünde borlu tabaka nın kinetiği araştırılmıştır. Bu seri çalışmalarda farklı iki banyo kullanılarak borür tabakası ve geçiş zonu kinetiği ay rı ayrı incelenmiştir. Farklı bileşimdeki banyoların borür tabakası büyüme kinetiği açısından büyük farklılıklar göster diği belirlenmiştir. Önerilen optimum banyo kompozisyonunda AISI 1042 çeliğinin borlanmasıyla elde edilen borür tabakasın, ait aktivasyon enerjisi değerinin 31 k.kal/mol K olduğu be lirlenmiştir. "Geçiş zonu tabaka kalınlığı zaman" bağıntısının ise logoritmik eksenlerde doğrusal (lineer) olduğu bulunmuş tur.
-
ÖgeBiopolyester synthesis by enzymatic catalysis and development of nanohybrid systems(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012)Laktonların enzimatik halka açılımı ile polimerizasyonu, toksik sonuçlar doğurmaması, ılımlı reaksiyon koşullarında gerçekleşmesi ve immobilize enzimlerin tekrar kullanılabilmesi açısından biyobozunur polimer sentezinde yeni bir eğilim olarak dikkat çekmektedir. Enzimler doğal katalizörler olduklarından, biyopoliesterlerin üretimi için en iyi adaylar arasında yer almaktadırlar. Bunu yanı sıra, poliester malzemelerin inorganik nanopartiküllerle birleştirilerek nano-biyokompozit malzemelerin üretilmesi ve özelliklerinin iyileştirilmesi adına önemli çalışmalar yürütülmektedir. Buna paralel olarak, enzimlerin immobilizasyonunda killerin, inorganik, gözenekli taşıyıcılar olarak kullanımı da uygulamalar arasında görülmektedir. Bu tezin amacı, biyopoliester sentezi için etkili olabilecek, sepiyolit ve montmorillonit nanokilleri üzerine immobilize edilmiş lipazlarla özgün katalizörlerin geliştirilmesi ve aynı zamanda bu yeni katalik sistemler sayesinde poliesterlerin kil nanopartikülleri üzerine aşılanması ile organik/inorganik nanohibrit malzemelerin üretilmesidir. Bu amaçla, bu killerin doğal ve organomodifiye edilmiş formları lipaz taşıyıcı olarak kullanılmıştır. Candida antarctica lipaz B (CALB)'nin serbest, reçine üzerine immobilize edilmiş ticari formu (NOV-435) ve kil üzerine immobilize edilmiş formu, ?-kaprolakton'un ve laktid izomerlerinin polimerizasyonu için katalitik sistemler olarak denenmiştir. Polimerizasyon kinetiği ve elde edilen ürünlerin karakterizasyonu, montmorillonit üzerine immobilize edilen lipazların, sepiyolit üzerine immobilize edilenlerden daha etkin olduğunu göstermiştir. Ayrıca, kil yüzeylerine yapılan organomodifikasyon işleminin ilgili katalitik sistemin performansını büyük ölçüde arttırdığı gözlenmiştir. Montmorillonit üzerine immobilize edilen CALB katalizi ile poliester zincirlerinin kil yüzeyine etkin olarak aşılanmasıyla organik/inorganik nanohibritlerin oluştuğu kanıtlanmıştır. Son olarak, ?-KL ile D-laktidin lipaz katalizli kopolimerizasyonuyla rastgele PKL/PLA kopolimerleri başarıyla elde edilmiştir.
-
ÖgeLinyitlerin dolaşımlı akışkan yatakta hava, oksijence zengin hava ve oksiyanma ortamlarında yanma davranımlarının incelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019)Bu çalışmada linyit kömürlerinin dolaşımlı akışkan yatakta (DAY) hava ile, oksijence zenginleştirilmiş hava (OZH) ile ve oksiyanma (OY) koşullarında yanma davranışları incelenmiştir. Havayla yapılan deneylerde, hava fazlalık katsayısı (HFK) 1.1 -1.4 (0.02) aralığında seçilmiştir. Oksijence zengin havayla yapılan yanma deneylerinde havadaki oksijen oranı %21-28 arasında değişmiştir. Oksiyanma çalışmaları ise geri döndürülen baca gazları (DBG)+ O2 karışımlarıyla gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, Türkiye'nin değişik bölgelerinden toplanmış toplam 19 adet linyit kömürü kullanılmıştır. Bu kömürler L1-L19 olarak kodlanmıştır. Havayla yapılan yakma çalışmalarında bütün kömürler, oksijence zengin hava ile yakma ve oksiyanma çalışmalarında ise ikişer kömür kullanılmıştır. Her üç yanma rejimi deneylerinde kullanılan kömürler Bursa-Orhaneli (L15) ve Manisa-Soma (L19) bölgelerinden alınan kömürlerdir. Yanma deneyleri 30 kW termal kapasitesindeki dolaşımlı bir akışkan yatak yakma sistemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sisteme bağlı bir ölçme ve kontrol ünitesi vasıtasıyla deneyler boyunca, sistem içerisinde değişik seviyelerdeki noktalarda sıcaklık ve basınç değişimleri ve hat üstü (on-line) çalışan iki gaz analiz sistemi kullanılarak baca gazı emisyonları tüm deneyler boyunca sürekli olarak ölçülmüş ve kaydedilmiştir. Hava ve yakıt besleme debileri yine bu sistem vasıtasıyla ayarlanmıştır. Kullanılan kömürler Van Krevelen grafiğinde linyitleri tanımlayan H/C (0.08-0.12) ve O/C (0.20-0.35) sınırları içerisinde kalmakta, ancak oldukça geniş bir dağılım göstermektedir. Kömürlerin yanma süreçleri yatışkın koşullara ulaşıldıktan sonra, yanma stabilitelerini test etmek amacıyla bu koşullarda uzun süre (>8 saat) devam ettirilmiştir ve herhangi bir sorunla karşılaşılmamıştır. Havayla gerçekleştirilen yanma sürecinde en düşük sıcaklıklar dağıtıcı elek civarında, en yüksek sıcaklıklar ise kömür besleme noktasının üstündeki bölgede ölçülmüştür. Benzer bir durum oksijence zengin havayla ve oksiyanma koşullarında gerçekleşen yanma deneylerinde de geçerlidir. Hava fazlalık katsayısındaki değişim sıcaklık profilinde önemli bir değişiklik yaratmamıştır. Ancak sıcaklık profili yanma ortamı tarafından etkilenebilmektedir. Oksijence zengin havayla gerçekleştirilen yanma sürecinde yüksek oksijen oranlarında yanma yoğunluğunun, havayla yanmaya kıyasla, daha alt bölgelere kaydığı görülmüştür. Sıcaklık profilinin üniformluk derecesini belirlemek için temel alınan ve yakıcıda ölçülen en yüksek ve en düşük sıcaklıklar arasındaki farkı gösteren TAY, havayla yanma sürecinde biri hariç diğer tüm kömürler için 30 - 80 oC gibi görece düşük olmuş ve dar bir aralıkta değişmiştir. Kömürlerin başlangıç deformasyon sıcaklıkları temel alındığında, güvenli yanma açısından en hassas ve en güvenli olan kömürler sırasıyla Kütahya -Ayvalı pano (L3) ve Çanakkale-Çan (L17) linyitleri olmuştur. Havayla yanma sürecinde NOx ve SO2 gibi ana kirleticiler hava fazlalık katsayısı (HFK) tarafından etkilenmektedir. HFK artıkça NOx emisyonlarında bir artma eğilimi ortaya çıkmıştır. NOx emisyonu, genel olarak 100-400 mg/Nm3 aralığında değişmiştir. Kömürlerin %30'u için ise emisyonlar 200 mg/Nm3 altında kalmıştır. Kömürlerin yanma sürecinde SO2 emisyonları L7, L8 ve L19 haricindeki kömürler için 1100-20000 mg/Nm3 ölçülmüş olup geniş bir aralıkta değişmiştir. L7, L8 ve L19 linyitlerinin yanma sürecinde baca gazlarındaki SO2 miktarı ölçülmeyecek derecede düşük olmuştur. En yüksek SO2 emisyonları en yüksek yanabilir kükürt içeriğine sahip olan L17 (Syanar: %6.15) ve L18 (Syanar: %3.23) linyitlerinin yanması sırasında ölçülmüştür. Genel olarak SO2 emisyonu kömürlerin yanar kükürt içerikleriyle uyumlu olmuştur. Yani kükürt miktarı artıkça SO2 emisyonları artmıştır. Bu kirleticilerin birim enerji başına ölçülen miktarları, yanma rejimi tarafından da etkilenebilmektedir. Her üç yanma rejiminde kullanılan iki kömür, Bursa-Orhaneli (L15) ve Manisa-Soma (L19) için ölçülen NOx emisyonları (mg/MJ) hava ve oksijence zengin havayla yanma rejimlerinde göreceli olarak bir birbirine yakın olurken, oksiyanma koşullarında önemli ölçülerde düşmüştür. Bu düşme Orhaneli ve Soma linyitleri için, uygulanan yanma koşullarında, sırasıyla %70-80 ve %50-60 aralığında değişmiştir. Benzer bir durum SO2 emisyonları için de geçerlidir. Oksiyanma koşullarında, Orhaneli kömürünün yanması sırasında gözlenen SO2 emisyonları (mg/MJ), havayla yanmaya göre yaklaşık % 58, OZH ile yanmaya göre ise yaklaşık %60 daha düşük olmuştur. Soma linyiti için ise SO2 emisyonu hiçbir koşulda ölçülecek seviyelere çıkmamıştır. Kömürlerin yanma verimi ise %85-95 aralığında değişmiştir Baca gazları geri döndürülerek kömürlerin oksiyanma süreci başarıyla gerçekleştirilmiştir. Bu süreçte baca gazlarındaki CO2 oranı O2/DBG karışımındaki oksijen oranı ile hızla yükselerek kuru temelde %96'ya kadar çıkarılabilmiştir.
-
ÖgeDesign and life cycle assessment of integrated organosolv based biorefinery: Simulated case studies utilizing sessile oak (Quercus petraea) coppices and industrial wood sawdust from Bursa/Turkey region(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019)Biyorafineriler, temelde geleneksel fosil rafinerilerine benzemekte olup hammadde olarak fosil yakıtlar yerine biyokütle kullanırlar. Biyorafineriler, biyokütleyi kimyasal ve biyolojik prosesler sayesinde biyoyakıt, biyogüç, biyokimyasal ve biyomalzemelere dönüştürürler. Literatürde biyorafinelerle ilgili birkaç sınıflandırma kabul edilmektedir. İlk olarak tanımlanan sınıflandırma hammadde/proses/ürün özelliklerine göre yapılmaktadır. Birinci nesil biyorafineriler tek hammadde kullanarak bir proseste bir ürün üretirler. İkinci nesil biyorafineriler, tek hammaddeden çeşitli prosesler sayesinde çeşitli ürün üretirler. Üçüncü nesil biyorafinerilerde çeşitli hammaddeler kullanılarak çeşitli proseslerden birden çok ürün üretilir. Bir diğer sınıflandırma, biyorafinerilerin kullandığı hammadde baz alınarak yapılmaktadır. Bu sınıflandırmada biyorafineriler, lignosellülozik hammadde biyorafinerileri, bütün-ekin biyorafinerileri, yeşil biyorafineriler, deniz biyorafinerileri ve iki platform biyorafinerileri olarak sınıflandırılmaktadır. Lignoselülozik hammadde biyorafinerileri, lignoselülozik biyokütleyi hammadde olarak kullanarak biyoyakıt, biyogüç, biyokimyasal ve biyomalzeme üretirler. Lignoselülozik biyokütle, içerisinde büyük oranda selüloz ve yanı sıra hemiselüloz ve lignin içeren tüm odunsu ve odun dışı biyokütleyi kapsar. Lignoselülozik biyokütlenin zor ayrışan yapısı nedeniyle, lignini hemiselüloz ve selüloz fraksiyonundan ayırmak için ön işlem yöntemleri uygulanmalıdır. Ayrıca, ön işlemler selülozik yapının kristalliğini azaltır, biyokütlenin yüzey alanını arttırır, hidroliz ve fermantasyon sırasında inhibitör oluşumunu önler, işlem maliyetini azaltır ve enerji tüketimini azaltır. Ön işlem yöntemlerinin genel sınıflandırması; fiziksel ön işlem, fizikokimyasal ön işlemler, biyolojik ön işlemler ve kimyasal ön işlemlerdir. Organosolv ön işlemi, lignoselülozik biyokütle için en umut verici delignifikasyon yöntemlerinden biridir. Organosolv ön işleminin diğer ön işlemlerden temel farkı, ligninin diğer ön işlem yöntemlerinde atık olarak üretilmesine rağmen, organosolv ön işleminde neredeyse saf bir biçimde elde edilmesidir ve böylelikle lignin, değeri yüksek bir kimyasal olarak üretilir ve diğer kimyasal üretimleri için hammadde olarak kullanılır. Organosolv ön işlemi, organik çözücüler, asidik ya da bazik katalizörler varlığında eş zamanlı gerçekleşen bir delignifikasyon yöntemidir. Türkiye'de biyokütlenin teknik potansiyeli çok önemlidir. Her ne kadar modern teknolojide biyokütle kullanımı yakın zamana kadar gelişmemiş ve çoğunlukla geleneksel yakma için kullanılmasına rağmen, biyokütlenin önemi günden güne ilgi çekici hale gelmiştir. Modern ormancılık, biyokütlenin biyorafineri alanında etkin bir şekilde uygulanmasını sağlar. Türkiye'de büyük ölçüde hem verimsiz hem de düşük verimli meşe baltalık ormanları mevcuttur. Modern ormancılık kavramında meşe baltalık ormanlarının kullanımı, sürdürülebilirlik için büyük öneme sahiptir. Ek olarak, gelişmekte olan ülke olması nedeniyle, Türkiye sanayisi büyük kapasiteye sahiptir. Endüstriyel üretimin hem yüksek olması hem de artmaya devam etmesi, endüstriyel atık oranının da artmasına neden olmaktadır. Özellikle odun işleme endüstrisinde, büyük miktarda lignoselülozik biyokütle kaynaklarından biri olan endüstriyel odun talaşı üretilir. Türkiye'deki biyorafineriler, genellikle tek bir ürün (biyoetanol ya da biyodizel) üreten birinci nesil biyorafinerilerdir. Üçüncü nesil yani aynı anda bir çok ürün üreten biyorafineriler henüz kurulmamıştır. İkinci ve üçüncü nesil biyorafinerilerin geliştirilmesi, fosil yakıt tüketimini azaltır, fosil bağımlılığını azaltır ve enerji güvenliğini arttırır, yeni sanayi sektörü ve pazarlar yaratır, yeni iş imkanı sağlar, sürdürülebilirliğe ve döngüsel ekonomiye katkıda bulunur. Sürdürülebilirlik terimi, "gelecek nesillerin kendi gereksinimlerini karşılayabilme kapasitesinden ödün vermeden mevcut koşullarını sağlayan kalkınma" olarak tanımlanmaktadır ve insan faaliyetinin çevresel, sosyal ve ekonomik boyutları ile dengede olmalıdır. Döngüsel ekonomi, sürdürülebilir kalkınma için ürünleri, bileşenleri ve malzemeleri her zaman en büyük fayda ve değerlerinde muhafaza etmeyi amaçlayan ve beşikten mezara yaklaşımını kabul eden bir araçtır. Döngüsel ekonomi yaklaşımında, yenilenebilir hammadde kullanması, aynı anda birden çok ürün elde edilmesi ve atık yönetimi içermesi nedeniyle biyorafinerilerin potansiyeli büyüktür. Sürdürülebilir kalkınmaya ve döngüsel ekonomiye katkıda bulunmak için, biyorafinerilerdeki engellerin aşılması gerekir. Biyorafineri verimliliğinin arttırılması ve aynı hatta birden fazla üretim yapılması, engellerin üstesinden gelmek için kilit faktörlerdir. Bu amaçla, entegre biyorafineriler ön plana çıkmaktadır. Entegre biyorafineriler, hammadde ve ürün entegrasyonu, ısı ve güç entegrasyonu, su entegrasyonu, altyapı, proses sentezi ve yaşam döngüsü değerlendirmesi (YDD), hassasiyet analizi, tedarik zinciri ve stratejik planlama, politika ve çevresel entegrasyon gibi proses entegrasyonlarını içeren biyorafinerilerdir. Organosolv ön işlem yöntemini kullanan entegre biyorafinerilere entegre organosolv bazlı biyorafineriler denilmektedir (EOBB). Proses simülasyonu hem proses sentezi hem de hassasiyet analizini kapsaması nedeniyle entegre biyorafinerde kullanılan temel bir araçtır. Proses simülasyonu, gerçek koşullara yakın karmaşık proseslerin tasarlanmasına olanak sağlar. Proses simülasyonuna ek olarak YDD, proses entegrasyonu için başka bir ana araçtır. Prosesin çevresel etkileri YDD çalışmaları ile belirlenir. Proses simülasyonu ile ayrıntılı kütle ve enerji akış verileri elde edilir ve bu veriler YDD çalışmasında da kullanılabilir. YDD çalışması, üretimin her adımının çevresel etkilerini ortaya koymaktadır ve yüksek etkilenen kategoriler tespit edilebilmektedir ve bu kategorilerdeki çevresel etkileri azaltmak için yeniden tasarlama yapılabilmektedir. Bu tez çalışmasının amacı EOBB'yi tasarlamak, simüle etmek ve simüle edilmiş EOBB'nin çevresel etkilerini belirlemektir. Bu amaçla, Bursa / Türkiye bölgesinden sapsız meşe korusu (SMK) ve endüstriyel odun talaşı (EOT) gibi iki farklı hammadde; biyoetanol, organosolv lignin, furfural, asetik asit, biyoısı ve biyogüç gibi farklı ürünler üretmek için kullanılmıştır. Buna göre, yerel hammaddeler (SMK ve EOT) hammadde ve nakliye maliyetini düşürmek için seçilmiş, kojenerasyon ve atık su arıtma prosesleri de atık miktarını azaltmak ve atıklardan biyoısı ve biyogüç üretmek için EOBB'ye entegre edilmiştir. Daha sonra, EOBB'nin simüle edilmiş durum çalışmalarının çevresel sürdürülebilirliğini belirlemek için YDD çalışmaları yapılmıştır. YDD çalışması sonuçları, EOBB proses ve ürünlerinin çevresel etkilerinin karşılaştırmasına olanak sağlamaktadır. Ek olarak, literatürde bulunan en uygun ve ilgili organosolv bazlı biyorafineri çalışması ile YDD karşılaştırması sunulmuştur. Bu tez çalışması, hem EOBB proses simülasyonunu hem de YDD çalışmasını içerdiği için, literatürde yapılan ve bilinen ilk çalışmadır. Ayrıca, biyorafineriler ile ilgilenen herkes için yol gösterici olacaktır. Bu çalışma, biyorafineriler hakkında detaylı bir literatür araştırmasıyla başlamıştır. Literatür araştırmalarına göre ön işlem yöntemi olarak organosolv ön işlemi seçilmiştir. Bu nedenle, entegre organosolv bazlı biyorafineri tasarımı ve simülasyonu için Aspen Plus V8.8 simülasyon yazılımı kullanılmıştır. Entegre organosolv bazlı biyorafineri tasarımında, organosolv ön işlemi, furfural üretimi, asetik asit geri kazanımı, enzim üretimi, şekerleşme ve fermentasyon, distilasyon, atık su arıtma ve kojenerasyon prosesleri kullanılarak biyoetanol, organosolv lignin, furfural, asetik asit, biyoısı ve biyogüç üretimi tasarlanıp simüle edilmiştir. Bursa bölgesinden elde edilen SMK, Durum Çalışması 1 (CS-1)'in hammaddesi olarak kullanılmıştır. Durum Çalışması 2'de (CS-2), SMK ve EOT karışımı, hammadde olarak seçilmiştir. Simülasyon sonuçlarına göre, CS-1'de 1160 kg/saat biyoetanol, 908 kg/saat organosolv lignin, 340 kg/saat furfural, 122 kg/saat asetik asit, 7495 kW biyoısı ve 2139 kW biyogüç üretilmiştir. CS-2'de sonuçlar sırasıyla 1155 kg/s, 894 kg/s, 358 kg/s, 135 kg/s, 7223 kW, 2064 kW olarak bulunmuştur. Aspen Plus simülasyon yazılımı, tüm akışlar için tüm kütle ve enerji dengelerini sunmaktadır. Aspen Plus'tan elde edilen sonuçlar, Ecoinvent veritabanındaki veriler ve literatürde bulunan veriler ile birlikte biyorafinerilerin çevresel etkilerini belirlemek için SimaPo V8.1.1.16 YDD yazılımında kullanılmıştır. Amaç ve kapsam tanımı, sistem sınırları, yaşam döngüsü envanteri tanımlanmıştır. YDD çalışmasında, enerji bazlı çevresel etki paylaşımı yöntemi ve niteliksel YDD seçilmiştir. 1 ton kuru hammadde, temel birim olarak seçilmiştir. Sistem sınırı, 1 ton kuru ham madde için ham madde taşımacılığından üretiminin bitimine olarak seçilmiştir. Literatür çalışmalarına dayanarak, çevresel etkileri belirlemek için ReCiPe orta nokta yöntemi ve ReCiPe son nokta yöntemleri seçilmiştir. YDD sonuçlarına göre durum çalışmalarında proses karşılaştırılması yapılmış ve CS-1 ve CS-3 için insan sağlığı kategorisindeki en yüksek etkiler organosolv ön işleminden, CS-2 için kojenerasyon prosesinden kaynaklandığı tespit edilmiştir. Tüm EOBB simülasyonlarının karşılaştırması yapıldığında, CS-2 insan sağlığı üzerinde en yüksek etkiye sahipken, CS-3'ün ekosistem ve kaynaklar kategorisi üzerinde en büyük etkisi vardır. Aspen Plus simulasyonu ve YDD çalışması EOBB'ye genel bir bakış yapılmasına ve teknolojik iyileştirmeler yapılmasına olanak sağlamıştır. Bu teknolojik iyileştirmeler, çevresel etkileri azaltmaya yöneliktir. Ekodizayn yaklaşımı benimsenmiştir. YDD sonuçlarına göre organosolv ön işlemi ve kojenerasyon prosesi çevre üzerinde en büyük etkilere sahiptir. Harcanılan su miktarının ve elektriğin azaltılması, daha verimli kurutucuların seçimi organosolv ön işleminde, yakılan madde nem içeriğinin düşürülmesi, verimli ve uygun fırın seçimi, reaktör ve hava arasında ısı transferini sağlayan ısı değiştiricinin verimli hale getirilmesi kojenerasyon prosesinde yapılacak değişikliklerdir. Bu değişiklikler, EOBB'yi düşük karbon ekonomisinde yeşil teknoloji kullanımına daha uygun hale getirir.
-
ÖgeReceptor-targeted carbon nanotubes as nanomaterials for diagnostics and targeted treatment of cancer(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019)Kanser, küresel ölçekte ölüm sebeplerinin başında gelmektedir ve vücuttaki hücrelerin hem kontrolsüz hem de hızla büyümesi kanser dokularının oluşmasına neden olmaktadır. Kanser tümörünün geç tanı ve tedavisi durumunda, tümörün vücudun diğer kısımlarına yayılabilmesi olağandır. Meme kanseri, kadınlar arasında ölüm oranı yüksek olan hastalıklardan biridir. Bu bakımdan, kanserin ilaç salım sistemleriyle tedavisi, geleneksel ilaç uygulamalarına göre büyük avantajlar sağlamaktadır. Bu çalışmanın amacı, meme kanseri tedavisi için optimize edilmiş özelliklere sahip reseptör hedefli karbon nanotüp bazlı nano-taşıyıcı geliştirmektir. Karbon nanotüplerin öne çıkan fiziksel, kimyasal, optik ve NIR floresan özellikleri nedeniyle, taşıyıcı olarak geniş çapta araştırılan malzemelerdir. Tasarlanan sistemin anahtar bölümünü oluşturmak için tek duvarlı karbon nanotüpler (TDKNT'ler) kullanılmıştır ve nano taşıyıcının geliştirilmesi için iki farklı tek duvarlı karbon nanotüp tercih edilmiştir. Nanotüplerin imal edilmesinden sonra, numunelerdeki safsızlıkları gidermek için SWNT'lere saflaştırma işlemi uygulanmıştır. Daha sonra, nano-taşıyıcılara biyouyumluluk özelliklerinin kazandırılması için, biyouyumlu bir polimer olan polietilen glikol (PEG) kullanılmıştır. Literatürde belirtildiği gib PEG'in hidrofilikliği sayesinde polimer nano taşıyıcılara gereken biyouyumluluk sağlanabilmektedir. İlk adımda, her bir TDKNT'yi kaplamak için zincir uzunlukları farklı olan 4 adet PEG (PEG2000, PEG5000, PEG12000 ve dallı PEG5000) polimeri hazırlanmıştır. Bu çalışmadaki sentez işleminde başlangıç noktası metoksi PEG'dir. Bir sonraki adımda, PEG polimerleri PEG-COOH'ye dönüştürülmüştür ve TDKNT'lerin yüzey modifikasyonu için kovalent olmayan bir yaklaşım kullanılmıştır. piren taşıyan PEG elde etmek için, PEG-COOH ile piren metanol arasında bir esterifikasyon reaksiyonu gerçekleştirilmiştir. Son adımda ise, TDKNT'lerin fiziksel kaplamaları, söz konusu piren taşıyan PEG'ler kullanılarak başarıyla gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen numuneleri karakterize etmek için 1HNMR, FTIR, TGA, UV-vis ve floresan spektroskopisi analizi yapılmıştır. TGA analizinin sonucu, kısa TDKNT'lere PEG bağlanma miktarının, uzun TDKNT'lerden daha yüksek olduğunu göstermiştir. Üretilen nano-taşıyıcıların biyouyumluluğuna dair bilgi edinmek için, PEG ile kaplanmış TDKNT'ler için in vitro sitotoksisite ve in vivo kan dolaşım süresi analizleri yapılmıştır. PEG ile kaplanmış kısa ve uzun TDKNT'ler için yapılan in vitro sitotoksisite sonuçlarından, kısa TDKNT'lerdeki hücre canlılığının uzun TDKNT numunelerine göre daha yüksek olduğu anlaşılmıştır. PEG polimerinin moleküler ağırlığı azaldıkça, hücre çoğalmasının önlenmesi sonucunda hücre canlılığı azalmıştır. Ayrıca, konfokal floresan mikroskopi görüntüleriyle in vitro sitotoksisite sonuçları birbirini doğrulamıştır. Bir sonraki adımda, fareler üzerinde in vivo kan dolaşım süresi incelenmiştir. İlginç bir şekilde, dallanmış PEG5000 kaplı TDKNT'lerin kan dolaşımında 13 saate yakın kalarak daha uzun bir süre dolaşıma dahil olduğu görülmüştür. Çalışmanın bir sonraki aşamasında, TDKNT'lere yüklemek için bir antikanser ajan olarak Doksorubisin (DOX) kullanılmıştır. Çalışmamızda DOX yükleme çalışmaları iki adımda gerçekleştirilmiştir. İlk adımda, kısa ve uzun TDKNT'ler, DOX yüklemesinin miktarını ve verimini araştırmak için 3 farklı pH'lı tampon çözeltilerinde hazırlanarak incelenmiştir. DOX yükleme ve salım miktarını araştırmak için UV-spektrometresi kullanılmıştır. DOX dalga boyunun karakteristik pikine dair net bir bilgi elde etmek için 350-650 nm arasında taram yapılmıştır. 490 nm'nin karakteristik pik olarak seçilip ileri çalışmalar için kullanılabileceği gözlenmiştir. Bundan sonra, TDKNT'ler için in vitro sitotoksisite araştırılmasıyla ile birlikte DOX-yüklü nanotaşıyıcıların ilaç salım performanslarının daha dikkatli bir incelemesi için, ilaç salım profillerinin matematiksel yaklaşımla incelemesi yapılmıştır. Bir sonraki aşamada, nanotaşıyıcılara reseptör hedefli özellik kazandırmak için, Folik Asit (FA) ligand olarak kullanılmıştır. Piren-FA'nın TDKNT'lere eklenmesinden sonra, numunelerin PEGilasyonu gerçekleştirilmiş ve son olarak, nanotaşıyıcılara DOX ilacı yüklenmiştir. DOX'un farklı pH değerlerinde (5.5, 7.4 ve 9) kısa ve uzun TDKNT'lere yüklenmesi incelenerek, pH 9 da TDKNT'lere DOX yüklemesine daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Nano taşıyıcıların salım performansı, normal ve kanser hücrelerinin içi ortamını taklit etmek için sırasıyla fizyolojik pH 7.4 ve asit pH 5.4'te incelenmiştri. Sonuçlar, tüm nanotaşıyıcıların pH 5.4'te daha yüksek salım miktarına sahip olduğunu göstermiştir. Ayrıca, FA kaplı TDKNT nanotaşıyıcıları, her iki pH'ta da daha yüksek salım performansı göstermiştir. Son aşamada, DOX yüklü TDKNT örnekleri için in vitro sitotoksisite gerçekleştirildi. FA kaplı TDKNT'lerin, FA kaplı olmayan TDKNT'lere göre daha düşük hücre canlılığına sahip olduğu gözlenmiştir. Önceki bölümlerde, in vitro ve in vivo çalışmalarda hasarsız TDKNT'ler kullanılmıştır. Bununla birlikte, TDKNT üretimi ve saflaştırma aşaması boyunca, hasarsız TDKNT'lerin elde edilmesinin önlenemeyeceği düşünülmektedir. Bu çalışmanın devamında, hasarlı nanotüpler ve piren taşıyıcı yapılar arasındaki van der Waals etkileşimi üzerindeki etkisini araştırılmıştır. Buna göre, hasarlı TDKNT'lerde π-π etkileşiminin rolünü araştırmak için, TDKNT yan duvarlarına adsorbe etmek üzere tasarlanmış bir dizi hidroksil ve karboksil fonksiyonelleştirilmiş bileşik ile moleküler dinamik ve deneysel çalışmalar yapılmıştır. Topolojik Stone-Wales hasarlaının TDKNT'ler üzerindeki etkisinin, piren taşıyıcı bileşik yapılarının bağlanma miktarı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. İlk aşamada, 3 farklı TDKNT (hasarsız, hasarlı ve –-COOH fonksiyoneleştirilmiş hasarlı karbon nanotüplerin moleküler dinamik çalışmalar yapılmıştır. Kaplama bileşikleri olarak piren-COOH, piren- (OH)2 ve piren-OH kullanılmıştır. Bağlanma enerjisi ve Radyal Dağılım Fonksiyonu (RDF), piren-COOH'nin su molekülleri ile daha yüksek hidrojen bağı oluşturabildiğini, dolayısıyla TDKNT'leri sulu ortamda dağıtabildiklerini göstermiştir. Ayrıca, aromatik yapısında bozulma nedeniyle -COOH fonksiyonelleştirilmiş hasarlı TDKNT'leri, piren ile etkili bir π-π etkileşiminin sağlayamadığı gözlemlenmiştir. Bu nedenle, pirenin TDKNT'lerin yüzeyine bağlanması kararlı değildir. Son aşamada, piren-COOH, piren- (OH)2 ve piren-OH bileşikleri sentezlenerek ve TDKNT'lerin fiziksel kaplanması için kullanılmıştır. Beklendiği gibi, piren-COOH kaplı TDKNT'ler, sentezlenmiş TDKNT nanotaşıyıcıları için daha yüksek dağılım sağlamıştır. Piren-COOH, piren- (OH)2 ve piren-OH kaplı TDKNT'lerin dispersiyonu hakkında görsel bilgi edinmek için, TDKNT'lerin t = 0, 1,3,5 saat zaman aralıklarında su içindeki dispersiyonu fotoğraflandı. Sonuçlar, TDKNT'lerin 1 saat sonra su içinde başarıyla dağıldığını açıkça göstermiştir. Pyr-OH ve pyr- (OH)2 ile kaplanmış TDKNT'lerin çökmesi zaman ilerledikçe gerçekleştiği görülmğüştür. Pyr-OH ve pyr- (OH)2 ve su molekülleri arasında düşük H-bağı oluşumu ve daha hidrofobik yapıları nedeniyle TDKNT'lerin daha düşük bir dispersiyouna sahip olduğu gözlemlenmiştir. Pyr-COOH ile kaplanmış SWNT'lerde ise, 5 saat sonra tamamen homojen bir şekilde dipsers olduğu saptanmıştır. Dispersiyon davranışındaki farkın, pyr-COOH içindeki karboksil grupları ve su arasındaki etkili H-bağı etkileşimlerin moleküler dinamik simülasyon sonuçları ile mükemmel uyum içinde olduğu görülmüştür.