İki basamaklı tepkime sıvı özütlemeli yöntem kullanarak fındık tohum kabuklarından furfural üretimi için en uygun koşulların istatistik yöntem ile belirlenmesi

Fındık tohum kabukları pentozan içeriklerinin % 25-30 arasında olması nedeniyle furfural üretimine uygun bir tarım artığıdır. Bu çalışmada iki basamaklı tepkime ile fındık tohum kabuklarından o-nitrotoluen özütlemeli yöntemle furfural üretimi gerçekleştirilerek, furfural üretim hızını ifade eden istatistiki bir model geliştirilmiştir. Furfural üretiminin ilk basamağında öğütülerek elenmiş fındık tohum kabukları seyreltik sülfürik asit ile suyun kaynama sıcaklığında 4 saatlik bir tepkime sonucunda pentozlarına hidrolizlenmiş, ikinci basamakta pentozların yüksek sıcaklıkta dehidrasyonu ile furfurala dönüşümleri gerçekleştirilmiştir. Üretilen furfural periodik çalkalama ile o-nitrotoluen fazına özütlenmiştir. İki bağımsız değişken; sülfürik asit derişimi (% 3-7 g/100 mL) ve sıcaklık (160-$190^oC$) aralıkları seçilerek Box-Wilson deneysel tasarım yöntemi ile deneyler tasarlanmıştır. Geliştirilen model kullanılarak en yüksek furfural üretim hızı (0.3079 g furfural / saat-g ksiloz); sıcaklık ve asit yüzdesinin sırası ile 177.$7^oC$ ve % 4.00 (g/100mL) değerlerinde elde edilmiştir ve bu koşullarda fındık kabuğundaki pentozanların furfurala en yüksek dönüşüm verimi % 60 olarak belirlenmiştir.

Determination of the optimum conditions with statistical method for the production of furfural from hazelnut shells with using two step reactions and liquid extraction method

Hazelnut seed shells are suitable agricultural waste for furfural production because of its 25-30 percent pentosan content. In this research production of furfural from hazelnut shells by using two steps reactions with onitrotolene extraction method and a statistical model was developed to express the furfural production rate. In the first step of furfural production, milled and sieved hazelnut shells were hydrolysed with dilute sulphuric acid to its pentoses at boiling point of water during 4 hours. In the second step, pentoses were converted to furfural by means of a high temperature dehydration process. Produced furfural was extracted with periodic agitation to onitrotoluene phase. Experimental design was carried out by using Box-Wilson experimental design method for two independent varaibles, namely sulphuric acid concentration and temperature whose ranges were selected as (3-7 %) and (160-$190^oC$) respectively. Optimum conditions for the maximum furfural production rates (0.3079 g furfural / h-g xylose) were found as 177.$7^oC$and at 4.00 % (g/100 mL) sulphuric acid concentration by using developed model and maximum furfural conversion yield of hazelnut pentosans were found as 60 % at these optimum conditions.

PDF

___

1. Dunlop, A.P., Furfural. In Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, cilt 11, John Wiley & Sons, New York, syf. 501-510, 1984.
2. Mishra, D. K., Mishra, B. K., Lenka, S. ve Nayak, P. L. (1966). “Polymer from renewable resources, VII. Thermal properties of the semiinterpenetrating polymer networks composed of castor oil polyurethans and cardanol-furfural resin.”, Polymer Eng. Sci., Cilt 36, 1047-1051, 1966.
3. Devlet Planlama Teşkilatı, Furan ve türevleri kimyasal madde araştırması, T. C. Başbakanlık D.P.T. Müsteşarlığı Araştırma Grubu Başkanlığı, Ankara, 4-31, 1990.
4. Avignon, G., Jaeggle, W., Steinmueller, H. Ve Steiner, T., Combined process for thermally and chemically treating lignocellulose-containing biomass and for producing furfural, U.S. Patent 4,971,657, 1990.
5. Quin, Z.Z., Eluting medium from furfural residues. Pap. Making, Cilt 2, 53-54, 1991.
6. Zeitsch, K. J., The chemistry and technology of furfural and its many by-products. Sugarseries, 13, Elsevier Science, Netherland, 2000.
7. Mansilla, H.D., et. Al., “Acid-catalysed hydrolysis of rice hull: evaluation of furfural production”, Bioresource Technol., Cilt 66, 189- 193, 1998.
8. Demirtaş, A., “Properties of charcoal derived from hazelnut shell and the production of briquetts using pyrolytic oil”, Energy, Cilt 24, 141-150, 1999.
9. Mutlu, S. F., Ayçiçeği tohum kabuklarının ve saplarının enzimatik yöntemlerle şekere dönüşümü, Doktora tezi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 1990.
10. Feather, M. S., Harris, D. W. ve Nicholas, S. B., “Routes of conversion of D-xylose, hexuronic acids and L-ascorbic acid to 2-furaldehyde”, J. Org. Chem. Cilt 37, 1606-1608, 1972.
11. Sproull, D., Bienkowski, R., Tsao, T., “ Production of f urfural from corn stover hemicellulose”, Biotechnol. & Bioeng. Symp.Ser. Cilt 15, 561-577, 1985.
12. T.C. Tarım ve Köyişleri Bakanlığı, İstatistikler, Ürün Raporları, Yağlı Tohumlar, 2006.
13. http://www.fiskobirlik.com.tr/default.asp?lang=tr &sayfa=icerik&cat=subpage&id=153, 2009.
14. Arı, S., İki kademeli tepkime ile ayçiçeği tohum kabuklarından sıvı özütlemeli yöntemle furfural üretimi için en uygun sıcaklık ve asit derişiminin belirlenmesi, Yüksek lisans tezi, G. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, 2004.
15. Mutlu, S.F., “Ayçiçeği Tohum Kabukları ve Fındık Tohum Kabuklarından Furfural Üretimi”, Gazi Üniversitesi Araştırma Fonu, BAP, 06/2003-23 No. lu proje, 2006.
16. Arslan, Y., Fındık kabuğunun etil alkol üretiminde kullanılabilirliği” Doktora tezi”, G. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, 2007.
17. Smith, R. J., “Water determination in plant matter”, Meth. Carbohyd. Chem., Cilt 5, 185- 187, 1964.
18. TAPPI, Pentosans in wood and pulp, Tappi Standart, 23, 1978.
19. Miller, G. L., “Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar”, Anal. Chem, Cilt 31, 426-428, 1959.
20. Box, G.E.P., Hunter, J. S., Statistics for experiments. New York; Wiley, 91- 334, 1978.
21. Khuri, A. I., Cornel, J. A., Responses surfaces: Design and Analysis, New York: Marcel Dekker, 1987.