Montmorillonit destekli geçiş metalleri yüklenmiş katalizörlerin sentezi, karakterizasyonu ve biyokütle türevi karbonhidratlardan furfural ve hidroksimetilfurfural (5-HMF) üretimi için kullanımı

Abstract

Bu çalışmada, biyokütle türevi şekerlerden furfural, 5-hidroksimetilfurfural ve levulinik asit gibi platform kimyasalların katalitik üretimi araştırılmıştır. Bu amaçla, montmorillonit (MMT) destekli geçiş metalleri (%10 Cr, Cu, Zn, Fe, Co) yüklenmiş katalizörler sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir (BET, XRF, SEM-EDX, XRD). İlk çalışmalar, geçiş metalini belirlemek için selüloz ve fındık kabuğu ile yürütülmüştür. Sonrasında C5 (ksiloz), C6 (glikoz) şekerleri ve selüloz kullanılarak hem hidrotermalortamda hem de sentezlenmiş katalizörlerin varlığında metal yükleme oranı, sıcaklık ve katı miktarı gibi işlem parametrelerinin etkisi incelenmiştir. Kimyasalların en yüksek verimliliği Cr-MMT katalizörü ile elde edilmiştir. Glikoz kullanımında (1,25 g) en yüksek HMF verimi %25,31 olarak %5Cr-MMT ile 180 °C'de elde edilirken; 200 °C'de levulinik asit verimi %11,36 olarak elde edilmiştir. Ksiloz (5 g) kullanıldığında % 5Cr-MMT ile 180 °C'de maksimum furfural miktarı %50,17'dir. Hammadde olarak selüloz kullanıldığında ise (5 g) ise maksimum HMF verimi 220 °C'de %10 Cr-MMT ile %10,88 olarak elde edilmiş; aynı koşullar altında levulinik asit verimi %9,04 olarak tespitedilmiştir.

In this study, the catalytic production of platform chemicals such as furfural, 5-hydroxymethylfurfural and levulinic acid from biomass derived sugars were investigated. For this purpose, montmorillonite (MMT) supported transition metals (10% Cr, Cu, Zn,Fe, Co) loaded catalysts were synthesized and characterized (BET, XRF, SEM-EDX,XRD). The initial studies were conducted with cellulose and hazelnut shell to select the transition metal. Then effect of process parameters such as metal loading rate, temperature and amount of solid in the presence of both the hydrothermal media and the synthesized catalysts by using C5 (xylose), C6 (glucose) sugars and cellulose were studied.Maximum productivity of the chemicals was obtained with Cr-MMT catalyst. The highest HMF yield as 25.31% was obtained at 180 °C, using 1.25 g glucose with 5% Cr-MMT while, levulinic acid yield was 11.36% at 200 oC. The maximum amount of furfuralwas determined as 50.17% when using 5 g of xylose with 5% Cr-MMT at 180 °C.Maximum HMF yield was obtained as 10.88% using 5 g cellulose with 10% Cr-MMT at220 0C, levulinic acid yield was 9.04% under the same conditions.