Montmorillonit destekli bimetalik katalizörlerin sentezlenmesi, karakterizasyonu ve C5-C6 şekerlerinin dönüşümü üzerine etkilerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, biyokütle türevi şekerlerden 5-hidroksimetilfurfural, furfural, levulinik asit ve formik asit gibi platform kimyasallarının bimetalik katalizörler ile katalitik üretimi araştırılmıştır. Bimetalik katalizörlerin belirlenmesi için, öncelikle montmorillonit (MMT) destekli %5 Al, Ni, Cu, Cr, Fe, Zn geçiş metalleri yüklenmiş tek metal katalizörleri sentezlenmiştir ve verimleri karşılaştırılmıştır. En yüksek verim %5 Cr/MMT ile elde edilirken en düşük verim de %5 Fe/MMT katalizörü ile elde edilmiştir. Buna göre %5 Al, Ni, Cu, Fe geçiş metalleri ile Cr-bimetalik katalizörler sentezlenmiştir. Bu bimetalik katalizörler arasında en yüksek 5-HMF verimi Al-Cr/MMT ile, en yüksek furfural verimi Fe-Cr/MMT katalizörü ile elde edilmiştir. Sonrasında %Cu, Zn, Cr, Ni geçiş metalleri ile Fe-bimetalikler sentezlenmiştir. Bu bimetalik katalizörler arasında en yüksek 5-HMF verimi Cr-Fe/MMT ile ve en yüksek furfural verimi Cu-Fe/MMT ile elde edilmiştir. Tek metal verim karşılaştırmalarında orta değerlerde olan Ni ve Cu katalizörleri, %1, %5 oranları değiştirilerek sentezlenmiş ve verimleri karşılaştırılmıştır. En yüksek 5-HMF verimine (%22,02) %1 Ni-%5Cu/MMT katalizörü ile ve en yüksek furfural verimine (%38,74) %5 Ni - %1 Cu/MMT katalizörü ile ulaşılmıştır. Sentezlenen bütün katalizörler BET, XRD ve NH3-TPD ile karakterize edilmiştir. Seçilen %1 Ni - %5 Cu/MMT katalizörü ile parametre değişiklikleri üzerine, biyokütle ve biyokütleden elde edilen hidroliz sıvısı üzerine, çözelti ortamında ve tekrar kullanılabilirlik çalışmaları yapılmıştır.

In this study, catalytic production of platform chemicals such as 5-hydroxymethylfurfural, furfural, levulinic acid and formic acid from glucose and xylose with bimetallic catalysts was investigated. First, 5% Al, Ni, Cu, Cr, Fe, Zn transition metals loaded on the montmorillonite (MMT) support were synthesized and their production yields were compared for the determination of bimetallic catalysts. While the highest product yields were obtained with 5% Cr/MMT and the lowest yield with 5% Fe/MMT catalyst. Then, Cr-bimetallic catalysts were synthesized with 5% Al, Ni, Cu, Fe transition metals. Among these bimetallic catalysts, the highest 5-HMF and furfural yields were obtained with Al-Cr/MMT, and Fe-Cr/MMT, respectively. Subsequently, Fe-bimetallics were synthesized with 5% Cu, Zn, Cr, Ni transition metals. Cr-Fe/MMT and Cu-Fe/MMT catalysts were resulted highest 5-HMF and furfural yields respectively. Furthermore, Ni-Cu/MMT bimetallic catalysts were synthesized with the ratio of 1% and 5% of bimetals. The highest 5-HMF (22.02%) and furfural (38.74%) yields were achieved with 1%Ni-5%Cu/MMT and 5%Ni-1%Cu/MMT, respectively. All catalysts synthesized were characterized by BET, XRD and NH3-TPD. Hydrolysis fluid obtained from biomass and biomass were also studied with 1%Ni-5%Cu/MMT catalyst. Finally, solvent effect on the catalytic conversion, and reusability of the catalysts were investigated.