Sütunlanmış kil katalizörlerin hazırlanması, karakterizasyonu ve sıvı faz friedel-crafts alkilasyon reaksiyonlarına uygulanması

Abstract

ÖZET Bu çalışmada, bentonit kullanılarak üç sütunlanmtş kil katalizör (Cr-PILC, Fe-PILC ve Al-PILC) hazırlanmıştır. N2 gazı adsorpsiyon-desorpsiyon izotermleri, B.E.T. (Brunauer, Emmett, Teller) özgül yüzey alanları, gözenek boyutu dağılımı analizleri ve X-ışını toz kırınımı desenleri belirlenmiştir, örneklerin yüzey asitlikleri, örnekler üzerinde piridin adsorpsiyonunun FTIR (Fourier Transform Infrared) spektroskopisi yöntemiyle incelenmesi sonucunda belirlenmiştir. N2 adsorpsiyon izotermleri, Tip-II (S-biçiminde) dir. Desorpsiyon izotermlerinde Tip-II biçimindedir (S-biçimli). de Boer sınıflandırmasma göre Tip B türü bir histerezis ilmekleri bulunmaktadır. Tüm örneklerde, 40 Â'lık açıklığa sahip mezogözenekli bir yapı ortaya çıkmaktadır, örneklerin, B.E.T. özgül yüzey alanları, sırasıyla 53, 92, 60 ve 64 miVg'dır. XRD (XRD, X-Ray Diffraction) verilerinde, bentonitik yapı korunmaktadır. FTIR analizlerinde bentonite özgü temel yapının korunduğu anlaşılmaktadır. örnekler üzerinde piridinin gaz fazından adsorpsiyonunun FTIR spektroskopisi yöntemiyle incelenmesinde, Lewis ve Brönsted asit merkezleri gözlenmiştir. Hazırlanan katalizörlerin sıvı faz Friedel-Crafts alkilasyon test reaksiyonlarında kullanılması sonucunda, 25 `C'da benzenin benzilasyonunda Fe-PILC'in %100'lük, Al-PILC'in %31'lik bir dönüşüm sağladığı, Cr-PILC'in ise dönüşüm sağlamadığı gözlenmiştir. Cr-PILC'in benzen + benzilalkol reaksiyonunda %52'lik bir dönüşüm sağladığı, diğer iki katalizörün dönüşüm sağlamadığı gözlenmiştir. Hazırlanan katalizörlerin alkilasyon test reaksiyonlarım gerçekleştirmesi, katalizörlerin kullanılabilir olduğunu göstermektedir. İleriki aşamalarda farklı reaksiyonlarda da kullanılarak sonuçlar değerlendirilecektir. Friedel-Crafts test reaksiyonlarında kullanılan katalizör eser miktarda olduğundan, aktif merkezlerin etkisi ayrıca incelenememiştir. Ama dönüşüm sürelerinin aktif merkezlerdeki artışa bağlı olarak daha kısa sürede gerçekleşebileceğide bilinmektedir. Sonuç olarak; hazırlanan örneklerin asit-baz katalizörü olarak ve sıvı faz Friedel-Crafts alkilasyon test reaksiyonlarında kullanılabileceği belirlenmiştir.

11 ABSTRACT In this study, three pillared clay catalysts (Cr-PILC, Fe-PILC and Al-PILC) were prepared by using bentonite as a reference source. N2 gas-adsorption-desorption isotherms, B. E. T. (Brunauer, Emmett, Teller) specific surface areas, pore size distribution data and X-ray powder diffraction patterns of the samples were determined. Then, the surface acidities of the samples and their structures were investigated in the gas phase adsorption data of pyridine by the aid of FTIR (Fourier Transform Infrared) spectroscopy techniques. N2 adsorption isotherms were type-II (sigmoid type). Type B hysteresis loops according to de Boer classification were observed in desorption isotherms. All samples showed mesoporous structure with pore openning of 40 A. The B. E. T. specific surface areas of the samples were 53, 92, 60 and 64 m2/g respectively. The X-ray powder diffraction data showed mainly the structure of bentonite. FTIR spectra of the samples reflected main clay structure of bentonite. In the investigation of surface acidity of the samples, the gas phase pyridine adsorption data showed both Lewis and Brönsted acid sites. The catalysts prepared were tested in the liquid phase Friedel-Crafts alkylation reactions. The results showed that Fe-PILC and Al-PILC gave 100% and 31% convertion respectively in the benzylation of benzene at 25 °C but convertion was not observed in the case of Cr-PILC. In the reaction of benzene + benzylalcohol, while Cr-PILC catalysts gave 52% convertion to mixture of products, other two catalysts did not yielded the product. Realization of the alkylation test reactions showed that prepared catalysts can be used in such reactions. These catalysts will used in different reactions in future and the results will be appraised. The catalysts used in Friedel-Crafts test ractions is in trace amount, therefore the effect of contact surface is not examined. However, it is known that convertion time takes shorter time connecting with the contact surface. As a result, it is suggested that these samples can be used in the liquid phase Friedel- Crafts alkylation reactions as solid acid-base catalysts.