Alper Demirezen
Giriş
Tarımsal atık ya da atıklar düzenli depolama sahalarına bağlanmaktadır. Farmasötik üretimlerde yüksek değerli bileşik üretmek için kullanılabilecek karbon kaynaklar içermektedir. p- kumarik asit bu duruma örnek bir yüksek değerli bileşiktir. Bir çeşit ayırma yöntemi olan ve iyon değiştirme zarlarını kullanan elektrodeiyonizasyon tekniği asitleri ve diğer faydalı komponentleri yakalama tekniğidir. Fakat büyük ölçüde bu komponentleri yakalayabilmek için tekniğini iyileştirilmesi sağlanmalıdır.
Bu bilimsel araştırmanın öncüsü ve lideri olan Penn State ve ekibi, daha az enerji gerektiren ve ekonomik açıdan uygun olan yani tasarruf sağlayan, elektrodeiyonizatonun sıvı karışımlardan p-kumarik asit yakalama kapasitesini ciddi anlamda iyileştiren ve arttıran bir iyon değiştirici membran gofret modeli sınıfı keşfetmişlerdir.
Elektrotiyonizasyon tekniği ilk zamanlar su artımı için kullanılan ticari bir teknik iken son zamanlarda yararlı ya da faydalı/kullanışlı/değerli bileşenleri yakalamak için kullanılmaktadır ve bu amaç doğrultusunda yararlanılmaktadır. Bu süreç zarfında bir polimer yapıştırıcı ile bir arada tutulan iyon değiştirici membran ve reçine gofret yığını içinden bir sıvı karışım akışı beslenmektedir. Elektrik verildiğinde, sıvı ortamda ihtiva olan iyonik yapılar yığın boyunca devinim yapan ve p-kumarik asit, daha sonra kümeleşebileceği konsantre bir işlem akışına ayrılmaktadır.
Araştırmanın yazarlarından birisi olan Chris Arges, sürecin işleyişini daha iyiye sağlamak için reçine gofreti geliştirmeleri gerektiğini ifade etmiştir. Bundan önce, membranlar, reçine gofret süngerini, şu anda endüstride reçine tutkal olarak işleyiş gösteren kullanışlı bir polietilen yapıştırıcı ile sıkıştırıldığını ancak bu, membran ile reçine gofret arasında zayıf temasa yol açtığını gözlemlediklerini beyan etmiştir. Polietilen, bir imidazolyum iyonomeri olan imidazolyum iyonomer ile değiştirdiklerini akabinde polimer türü ve reçine gofretin üstüne bir imidazolyum membranı yapıştırıldığını bildirmiştir.
Araştırmacı bilim insanları membranı gofrete yapıştırarak membran miktarını azaltarak % 30 düşüşe geçmiştir bu sayede elektrodeiyonizasyon ünitesinin maliyeti düşmüş oldu. Ayrıca membran ve gofret arasındaki arayüzey direnci de azalmıştır. Böylece arayüzey azalınca, p-kumarik asidi yakalama oranının artmasına yol açıp daha küçük birim kullanılmasına izin verilmiştir.
Chris Arges yeni malzemelerin daha fazla p-kumarik asit yakaladığını ancak nedenini tam olarak bilmedikleri için emin olamadıklarını dile getirmiştir. İşbirlikçileri Revati Kumar, daha iyi bir çalışma ve netice için simülasyonlar yürüttüğünü de açıklamıştır.
Revati Kumar Louisiana Eyalet Üniversitesi’nde kimya profesörüdür. Kumar, imidazolyumun p-kumarik asidin çözünürlülüğünü arttırmaktadır ve malzeme içerisinde daha hızlı difüzyona teşvik etmektedir.
Chris Arges, çözünürlük ve difüzyon eşit geçirgenliğe veya asidi membran reçine gofret ağı boyunca konsantre bölmesine geçerken ne kadar hızlı çıkarıldığına eşit olduğunu ifade etmiştir. Bu yüzden meydana gelen ve bir artış gösteren geçirgenlik, p-kumarik asidin zar boyunca devinim yapmak yerine kirlenme olarak bilinen zar-reçine gofret malzemelerine bağlanma şansını azalttığı gözlemlenmiştir.
İmidazolyum zar reçine gofret tertibatı gibi bir malzemeye polietilen kullanılıp uygulandığı zaman p-kumarik asit akışının teşviki sağlandığı gözlemlenmiştir.
Araştırmacılar bildirdikleri raporda mevcut reçine gofret konfigürasyonu ile yeni malzemeler ile yapılmış reçine gofret konfigürasyon ile mukayese ettikleri zaman yeni malzemelerin % 70 oranından daha az enerji kullanırken p-kumarik asit yakalayışında yedi kat artış söz konusu olmaktadır. Yeni düzeneklerin kullanımı ile elde edilen yeni malzemeler membran miktarında da oldukça tasarruf sağlamaktadır.
Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki Chris Arges ve onun araştırma ekibi ile birlikte işbirlikçileri, yeni membran levha montaj teknolojisi için patent başvurusunda bulunmuşlardır.
Arges ve Kumar’a ek olarak, ortak yazarlar arasında Louisiana Eyalet Üniversitesi’nden Matthew Jordan, Hishara Keshani Gallage Dona ve Dodangodage Ishara Senadheera; ve Grzegorz Kokoszka ve Yupo J. Lin, Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan dahil olan araştırmacı bilim insanları bu çalışmada yer almışlardır.
Kaynak: https://phys.org/news/2023-02-treatment-method-capture-acids-agricultural.html
Görsel Kaynak: https://phys.org/news/2023-02-treatment-method-capture-acids-agricultural.html
Editör: Yasemin CANKAT