Magnezyum silika aerojel üretimi, karakterizasyonu ve berrak üzüm suyu üretiminde durultma performansının incelenmesi

Abstract

Silika aerojeller gözenek yapısı ve yüzey özellikleri sayesinde mükemmel adsorpsiyon özelliklerine sahip ve geleneksek olarak sol-jel yöntemiyle üretilen nano yapıdaki malzemelerdir. Silika bazlı nanopartiküllerin adsorpsiyon özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla organosilanlarla fonksiyonelleştirilebilmektedirler. Berrak içecek endüstrisinde berraklık, stabilite, renk gibi kriterler besin değeri kadar önem taşımaktadır. Bu nedenle adsorbanların kullanıldığı durultma prosesinin en optimum düzeyde yapılması gerekmektedir. Tez çalışması kapsamında sodyum silikat çözeltisi ve magnezyum tuzları kullanılarak magnezyum (Mg) silika aerojeller üretilmiştir. Üretilen malzemenin yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla Box-Benhken yöntemi ile üretim parametreleri optimize edilmiştir. Optimize edilen aerojel, adsorpsiyon özelliğinin iyileştirilmesi amacı ile amin fonksiyonel (APTES) grubuyla modifiye edilmiştir. xvii Aerojellerin üzüm suyundan bulanıklık unsurlarını adsorplama performansları Box-Benhken yöntemi kullanılarak optimize edilmiş ve endüstride kombine olarak kullanılan durultma ajanları (bentonit-jelatin) ile kıyaslanmıştır. Üretim koşullarının aerojellerin yüzey alanı, gözenek boyutu, elektrostatik yük dağılımı, yapısal özellikleri, elementel bileşimi, morfolojisi, yüzey elementleri ve yoğunluğu üzerine etkisi sırasıyla Brunauer-Emmett-Teller (BET), Barrett-Joiner-Halenda (BJH), Zeta Potansiyel Analizi, Fourier Dönüşümlü Kızılötesi spektroskopisi (FTIR), taramalı elektron mikroskopisi (SEM), X-ışını Enerji Dağılım spektroskopisi (EDS), İndüktif Eşleşmiş Plazma-Optik Emisyon Spektrometresi (ICP-OES), tap density metodu ve helyum piknometre ile belirlenerek sonuçlar tartışılmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında durultulan üzüm sularının bulanıklık, toplam asitlik, pH, toplam fenolik madde miktarı, toplam antosiyanin miktarı, polimerik renk, polimerik renk oranı, L, a, b renk değerleri gibi fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlemiştir. Çalışma sonucunda yüksek yüzey alanı (734 m2/g), yüksek gözenek hacmi (0,41 cm3/g), mezopor gözenek boyutu (4,91 nm), yüksek gözeneklilik (% 95) ve düşük yoğunluk (0,12 g/cm3) özelliklerine sahip magnezyum silika aerojeller üretilmiştir. Fonksiyonelleştirilmiş Mg silika aerojel kullanılarak Box-Benhken yöntemiyle durultma işleminin optimum şartları 0,16 g/L aerojel dozajı, 20 ᵒC sıcaklık ve 60 dk olarak belirlenmiştir. Sonuç olarak üzüm suyunun berraklaştırılmasında fonksiyonelleştirilmiş Mg silika aerojel bulanıklık unsurlarını oldukça iyi adsorplama performansı göstermiştir (aerojel: 3,61 NTU ve bentoni-jelatin: 5,45 NTU). Bununla birlikte aerojelin endüstriyel bentonit/jelatin kombinasyonuna alternatif bir durultma ajanı olabileceği düşünülmektedir.