Kömür sıvılarının kromotografik yöntemlerle fonksiyonlanması

Abstract

IV ÖZET Bu çalışmada, kömür sıvılarını alt fraksiyonlarına ayırabilecek yeni bir kolon dolgu maddesi geliştirmek amacıyla, ağırlıkça %2 ve %5 Karbowax 20M yüklenmiş silika jelin sabit faz olarak kullanıldığı kromatografik kolonlar, silika jel kolon ile karşılaştırılmıştır. Kolon verimliliklerinin ve ayırıcılıklarının belirlenmesi için, kömür sıvılarında bulunabilecek bazı model bileşikler (naftalin, fenantren, kinolin, a-naftol, fenol) kullanılarak, her bir kolon için elde edilen model bileşik kromatogramlarından teorik tabaka sayıları ve model bileşikler arasındaki ayırıcılık hesaplanmıştır. Silika jel dolgu maddesi içeren kromatografik kolonun en yüksek teorik tabaka sayışma sahip olduğu (naftalin, fenantren, kinolin, a-naftol, fenol kromatogramlarından hesaplanan teorik tabaka sayıları; 128; 94; 1039; 85; 117) saptanmıştır. %2 ve %5 Karbowax 20M yüklenmiş silika jelin sabit faz olarak kullanıldığı kromatografi kolonlarda ise, silika jel kolonlarına oranla daha küçük teorik tabaka sayıları hesaplanmıştır. Silika jel yüzeyine yüklenen Karbowax 20M miktarı arttırıldığında teorik tabaka sayısında azalma olduğu gözlenmiştir. Silika jellin sabit faz olarak kullanıldığı kromatografik kolonda, naftalin ile kinolin, a-naftol ve fenol bileşikleri arasındaki ayırıcılıkların 3.3 ile 5.7 arasında değiştiği, fenantren ile kinolin, a-naftol ve fenol bileşikleri arasındaki ayırıcılıkların ise 3.3 ile 5.4 arasında değiştiği ve kinolin ile a-naftol ve fenol bileşikleri arasındaki ayırıcılıklarında sırasıyla, İ.8 ve 2,8 olduğu saptanmıştır. Buna göre, silike jel kromatografisinde bu tür yapıların birbirinden tamamen ayrıldığı ve kullanılan bu model bileşiklerin, silika jel yüzeyinde bulunan serbest hidroksil gruplarıyla hidrojen bağı oluşturma derecelerine göre ayrıldıkları söylenebilir. %2 Karbowax 20M yüklenmiş silika jelin sabit faz olarak kullanıldığı deneylerde, a-naftol ve fenolün diğer model bileşiklerden seçimli olarak ayrıldığı, hesaplanan ayırıcılık değerlerinden açıkça görülmektedir. incelenen kromatografik kolonların kömür sıvılarının alt fraksiyonlarına ayrılmasında kullanılabilirliklerinin belirlenmesi için, Zonguldak taş kömüründen elde edilen piridin ekstraktı kullanılmıştır. Zonguldak taşV kömürü piridin ekstraktı, silika jel ve %2 ve %5 Karbowax 20M yüklenmiş silika jelin sabit faz olarak kullanıldığı kromatografik kolonlardan sırasıyla n-heptan, toluen ve metanol ile elue edilerek, n-heptanda çözünen (alifatik), toluende çözünen (aromatik) ve metanolde çözünenler (polar) olmak üzere üç fraksiyona ayrılmıştır. Silika jel krornatograflsinden elde edilen fraksiyon verimlerinin sırasıyla, %9.1, %26.5 ve %64.4 olduğu bulunmuştur. %2 ve %5 Karbowax 20M yüklenmiş silika jelin sabit faz olarak kullanıldığı kromatografi deneylerinde ise, n-heptan ve toluen fraksiyon verimlerinin Karbowax 20M miktarındaki artışa bağlı olarak önemli miktarda arttığı ve metanol fraksiyon veriminin ise azaldığı gözlenmiştir. Kromatografik deneylerden elde edilen metanol fraksiyonlarının molekül ağırlıkları gel permeation kromatografisi yöntemiyle belirlenmiştir. Silika jel kromatografisinden elde edilen metanol fraksiyonun, molekül ağırlığı yaklaşık 231-417 arasında değişen yapıları içerdiği bulunmuştur. %2 Karbowax 20M ile yüklü kromatografik deneylerden elde edilen metanol fraksiyonunun ise molekül ağırlığı 231-376 arasında değişen ve %5 Karbowax 20M ile yüklü kromatografik kolonlardan elde edilen metanol fraksiyonunun da molekül ağırlığı, 174-307 arasında değişen yapıları içerdiği saptanmıştır. Kromatografik yöntemlerden elde edilen n-heptan toluen ve metanol fraksiyonlarının infrared spektrumlarmın ölçülmesiyle fraksiyonların yapıları incelenmiştir.

VI ABSTRACT in the present study, chromotographic columns were prepared by coating 2 and 5% Carbowax 20M on silica gel, to improve separation of coal liquids into subfractions. Some model compounds such as napthalenc, phenantrane, quinoline, a -napthol and phenol were used to find the resolution and the yield of columns. Siiica gel packed chromotographic column was found to contain the highest theoretical number of plates. (Theoretical number of plates of naphalene, phenantrane, quinoline, a-napthol and phenol were 128; 94; 1039; 85; 117 respectively). Theoretical number of plates of chromotog¬ raphic coiumns coated with 2 and 5% Carbowax 20M were less than that of the chromotographic silica gel column. it was also observed that theoretical number of plates decreased as the quantity of Carbowax 20M coated on silica gel surface was încreased The resolution between napthalene and quinoline; a -napthol and phenol changed fronı 3.3 to 5.7 and resolution between phenatrene with quinoline, a- naphtol and phenol changed from 3.3 to 5.4. it was also observed that the resolutions between quinoline with a-naphtol and phenol wcre 1.8 and 2.8 respectively. The compounds of mentioned above can be separated from each other completely by using silica gel cromotographic column and the separations of these compounds depend on the degree of hydrogen bonds between the hydroxyl groups on the surface of silica gel it was found that a-napthol and phenol were separated selectively from the other model compounds by using 2% Carbowax 20 M coated silica gel column. Pyridine extract of Zonguldak Bituminous coal was separated using these cromotographic columns, into ifs subfractions. The exracts were fractionated by using silica gel and 2 and 5% Carbowajc 20M coated chromotographic columns. n-Heptane, toluene and methanol were passed respectively through the columns above, to separate aliphatic, aromatic and polar eiuents. The yields of these fractions obtained from silica gel chromotography were 9.1, 26.5 and 64.4%. it was observed that the yield. of fraction of n-heptane and toluene obtained from 2 and 5% CarbowaxVII 20M coated siiica gel coiumns depending on the quantity of Carbowax 20M increased significantly but the yield of fraction of methanol decreased. The molecular weight of the methanol fractions obtained from the chromotagraphic experiments were measured by gel permeation chromotographfic tcchnique. The molecular weights of the fractions were between 231 and 417. The moiecular weight of the same fraciion obtained from 2 and 5% coated siiica gel column corresponded respectively the molecular structures whose molecular weights were în the range of 231- 376 and 174-307. Molecular structure of n-heptane, toluene and methanol fractions obtained from chromotographic methods were measured by infrared spectrometry.