5 hidroksimetilfurfural`dan (hmf) 2,5 dimetilfuran (dmf) üretimi

Abstract

Günümüzde fosil yakıtların giderek azalması ve enerjiye olan ihtiyacın gün geçtikçe artmasınedeniyle alternatif enerji kaynaklarının araştırılması hususunda gerçekleştirilen çalışmalarönem kazanmıştır. Biyokütle hem yenilenebilir hem de ekonomik olması ile alternatif enerjikaynağı olarak oldukça dikkat çekmektedir. Biyokütleden elde edilebilecek, kimyasal ve yakıtüretimi için önemli ara ürünlerden biri olan 5-Hidroksimetilfurfural (HMF) ve yakıt ve/veyayakıt katkısı olarak kullanılmaya uygun özellikleri bulunan 2,5-Dimetilfuran (DMF)yenilenebilir enerji eldesinde umut vaad eden bileşiklerdir. Bu çalışma kapsamındabiyokütleden elde edilebilen ve değerli kimyasalların, yakıtların eldesinde önemli bir ara ürünolan HMF'den yüksek nitelikte özelliklere sahip bir biyoyakıt olarak nitelendirilen DMF eldesiiçin yeni katalizörlerin geliştirilmesi hedeflenmiştir.Gerçekleştirilen çalışmada önce Ru, Co ve Mn tuzlarından literatürde mevcut olmayan tekli veçoklu katalizörler ortak çöktürme, sol-gel yöntemleri kullanılarak hazırlanmış, takiben H2 veNaBH4 ile indirgeme yöntemleri kullanılarak elde edilmiştir. Elde edilen katalizörler HMF'ninhidrojenasyon ile DMF'ye dönüşüm reaksiyonlarında, sıcaklık, süre, H2 basıncı, çözücü,katalizör miktarı gibi reaksiyon parametreleri değiştirilerek aktivite testlerine tabii tutulmuştur.Reaksiyon hızı ve seçimlilik yönünden etkin bulunan katalizörlerin yüzey alan analizleri içinBrunauer-Emmtt-Teller; BET metodu, faz yapıları için X-Ray Kırınımı (XRD), metaldağılımları için Geçirgenlik Elektron Mikroskobu (TEM), yüzey yapıları ve içeriğinde yer alanelementlerin kimyasal ve elektron durumu için X-Ray Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), katalizörlerin içeriğindeki metal miktarlarını belirlemek için İnduktiv Kapling Plazma KütleSpektroskopisi (ICP-MS), katalizör içeriğindeki metal oksitlerin metalik forma indirgendiğisıcaklığı belirlemek için Sıcaklık Programlamalı İndirgeme (TPR) yöntemleri kullanılmıştır.Değişik reaksiyon koşullarında farklı oranlarda hazırlanan Co/Mn katalizörleri ile sol-gelyöntemi ile SiO2 üzerine oturtulan Ru-Co/SiO2 katalizörlerinin HMF'nin DMF'yedönüşümünde hem reaksiyon hızı hem de seçimlilik yönünden etkili olduğu bulunmuştur. Enyüksek dönüşüm ve seçimlilik değerlerine literatürde mevcut olmayan %4 oranında Ruiçeriğine sahip Ru-Co/SiO2 sol-gel katalizörü ile ulaşılmıştır. Ayrıca içeriğinde soy metalbulunmayan Co/Mn katalizörleri ile de değişik reaksiyon koşullarında HMF'ninhidrojenasyonu ile DMF'ye dönüşüm reaksiyonlarında yüksek dönüşüm ve seçimlilikdeğerlerine ulaşılabileceği tespit edilmiştir.Kasım 2018, 104. sayfa.Anahtar kelimeler: 5-Hidroksimetilfurfural, 2,5-Dimetilfuran, biyoyakıt, enerji, katalizör

Nowadays, the studies on the research of alternative energy sources have ganined importanceas the fosil fuels are gradually decreasing and the need of energy increases day by day. Biomassis both renewable and economical alternative energy sources, so it is attracted the attention. 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) is one of the most important intemediate product were producedfrom biomass and can be used on the chemical and fuel production and 2,5-Dimethylfuran(DMF) has valuable properties for will be used like fuel and/or fuel additivies. HMF and DMFare promising compounds for renewable energy. The scope of the study, it is aimed to developnew catalysts for production DMF which has high quality properties biofuel from HMF whichis an important intermediate product can be produced from biomass and valuable chemicals,fuels are produced from HMF.In the study, the mono- or multi- catalysts which were not presented in literatüre from Ru, Coand Mn salts were prepared using precipitation, sol-gel methods, followed by H2 or NaBH4reduction methods. This catalysts were subjected in activity tests by changing the rectionparameters such as temperature, time, pressure of H2, solvent, amount of catalyst for DMFproduction from HMF with hydrogenation process. For catalyst found to be effective forreaction rate and selectivity, Brunauer-Emmtt-Teller (BET), X-Ray Differaction (XRD),Transmittance Electron Microscopy (TEM), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Inductive Plasma Mass Spectroscopy (ICP-MS), Temperature Programmed Reduction (TPR)were used to for surface areas analysis, phases structures, metal distribution, chemical andelectron status of the elements in the surface structures and content, determine the metal contentof the catalysts, determine the temoerature at which metal oxides in the catalysts were reducedto the metallic form, respectively.Co/Mn catalysts prepared with different ratios and Ru-Co/SiO2 catalyst placed on SiO2 by usingsol-gel method were found to be effective in both reaction rate and selectivity under differentreaction conditions for conversion to DMF from HMF. The highest conversion and selectivityvalues were obtained with Ru-Co/SiO2 catalyst with 4% Ru content which was not found in theliterature. In addition, it has been determined that hidh conversion and selectivity values can beachieved in the conversion DMF from HMF with hydrogenation reactions under differentreaction conditions with Co/Mn catalyst which do not have noble metals.November 2018, 104. pages.Keywords: 5-Hydroxymethlyfurfural, 2,5-Dimethylfuran, biofuel, energy, catalyst.