Nanoboyutlu epoksidasyon katalizörünün sentezi ve tanımlanması

Abstract

Türkçe Özet: Alkenlerin katalitik epoksidasyonunda kullanılan ve alüminanın başlangıç maddesi olan bohmit katalizörler, ucuz alüminyum tuzlarının sulu çözeltilerinden farklı üretim şartlarında hidrotermal yöntemle nano kristalit boyutlarında sentezlenmiştir. Epoksidasyon reaksiyonlarında, önemli olan adım oksidant olarak hidrojen peroksitin kullanımını sağlayacak bir katalizör sentezlemektir. Hidrojen peroksitle alkenlerin katalitik epoksidasyonu sadece organik sentez açısından değil aynı zamanda çevreci bir yaklaşımla, karboksilli asitlerle yapılan epoksidasyon reaksiyonu ile karşılaştırıldığında çok dikkat çekici bir sentez reaksiyonudur.Bu çalışmanın amacı; katalizörün sentezinde gerçekleşen reaksiyon şartlarının katalizör örneklerine etkisini incelenmek ve sentezlenen nanokristalin bohmit katalizörlerin sıvı faz stiren epoksidasyonu reaksiyonunda test etmektir. Hidrotermal yöntemle bohmit sentezinde pH, yaşlandırma süresi, farklı alüminyum başlangıç tuzlarının kullanılması gibi reaksiyon parametrelerinin değiştirilmesi ile sentezlenen toz katalizörde meydana gelen değişiklikler X-Işını Kırınımı (XRD), Fourier Transform İnfrared Spektroskopisi (FTIR), Termogravimetrik Analiz (TGA), BET Yüzey Alanı Analiz yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Yapılan analizlerde bohmit tozlarının kristalit boyutlarının yaşlandırma süresine bağlı olduğu görülmüştür.Çalışmanın ikinci aşaması olarak sentezlenen katalizörler ile 80°C sıcaklıkta, etanol içinde, oksidant olarak %30 ağırlıkça hidrojen peroksit sulu çözeltisi ve üre + %30 ağırlıkça hidrojen peroksit sulu çözeltisi kullanılarak sıvı faz stiren epoksidasyonu reaksiyonu gerçekleştirilmiştir. Reaksiyon ortamından alınan örnekler Gaz Kromatografisi (GC) ile analiz edilmiştir. Reaksiyon dönüşümleri, ürün seçimlilikleri belirlenmiştir. Alüminyum asetat tuzundan başlangıç pH'sı 10 olarak ve 2 saat yaşlandırma uygulanarak hazırlanan bohmit örneğinden, sadece sulu hidrojen peroksit çözeltisi kullanılarak literatürde belirtilen stiren dönüşümü ve epoksit seçimliliği değerlerine göre daha yüksek dönüşüm ve seçimlilik değerleri elde edilmiştir. Oksidanta ürenin ilave edildiği reaksiyonlarda daha yüksek dönüşümler ve epoksit seçimlilikleri görülmüştür. Bununla birlikte yaşlandırma süresinin 8 saat uygulanmasıyla hazırlanan bohmit katalizör örnekleri daha yüksek epoksit seçimliliği sağlamıştır.

Yabancı Dildeki Özet: Boehmite catalysts, which are used in liquid phase catalytic epoxidation of alkenes and as a precursor of alumina, have been synthesized by hydrothermal method at various synthesis conditions from aqueous solutions of abundant aluminum salts. At epoxidation reactions, the important step is to synthesize a catalyst which utilizes hydrogen peroxide as oxidant. Catalytic epoxidation of alkenes with hydrogen peroxide, not only from a view point of an organic synthesis but also from a view point of practical greenness, is an interesting challenging problem in comparison to the established epoxidation reactions with carboxylic acids.Purpose of this study is to investigate the influence of catalyst synthesis conditions on the properties of catalyst and to test the activities of nanocrystalline boehmite catalysts at liquid phase styrene epoxidation reaction. At hydrothermal synthesis of boehmite, effects of changing reaction parameters, such as, pH, aging time, different starting aluminum salts on the powder catalyst samples were studied by X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Termogravimetric Analysis (TGA), BET Surface Area. According to the results of these analysis, crystallite size of boehmite powders are found to depend on the aging time.In the second part of this study, liquid phase styrene epoxidation reaction was performed with prepared boehmite catalysts at 80°C in ethanol as a solvent, using 30% aqueous hydrogen peroxide solution and urea + 30% aqueous hydrogen peroxide solution as oxidants. Samples, which are taken from reaction mixture, were analyzed by Gas Chromatography (GC). Reaction conversions and product selectivities were determined. Boehmite sample, which was prepared from aluminum acetate at pH=10 and for 2 hours aging time, showed higher conversion and selectivity values with only aqueous hydrogen peroxide solution in respect to the styrene conversion and epoxide selectivity values found in the literature. Higher styrene conversion and higher epoxide selectivities were determined in the reactions when urea was addmixed to H2O2 oxidant. In addition to this, boehmite catalyst samples aged for 8 hours resulted in higher epoxide selectivity values.