The production of thymoquinone from thymol and carvacrol by using zeolite catalysts

Abstract

Adı-Soyadı: Alev GüneOkul: zmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüAnabilim Dalı: Kimya Mühendisli iProgramı: Kimya Mühendisli i (Yüksek Lisans)Tez Ba lı ı: Timol ve Karvakol Bile iklerinden Zeolit katalizörlerKullanılarak Thymoquinone ÜretimiÖZETBu tezde, genel esnek ligand metodu kullanılarak Na-Y zeoliti içerisineenkapsüle edilmi N.N'-bis (salicylidene)propane-1,3-diamine (H2salpn) in Cr (III),Fe(III), Bi(III), Ni(II) ve Zn(II) kompleksleri hazırlanmı tır. Hazırlanan bukatalizörler Fourier transformu kızılötesi (FT-IR), X-ı ın kırınımı (XRD) ile taramalıelektron mikroskobu (SEM) ile karakterize edilmi tir.Hazırlanan tüm katalizörlerin aktiviteleri, hidrojen peroksit bozunmasında vekarvakrol ün oksidasyonu reaksiyonlarında test edilmi tir. Katalizörlerdeki metalkomplekslerin sıvı faza geçi i (hetorejenlik) testleri gerçekle tirilmi tir. Katalizöraktiviteleri, karvakrol dönü ümü ve aktif metallerin sıvı faza geçmesi kavramlarıbakımından kar ıla tırılmı tır. Yüksek karvakrol dönü ümlerinde thymoquinone ileyan ürün olarak thymohydroquione ve benzoquinone elde edilmi tir. Katalizöryoklu unda ürün elde edilmemektedir. Fe(salpn)-NaY katalizörü %27.6 ile en yüksekkarvakrol dönü ümü gösterirken, bunu %23.5 karvakrol dönü ümü ile Cr(salpn)-NaY katalizörü izlemi tir. Di er katalizörler, karvakrol dönü ümü ve aktif metallerinsıvı faza geçmesi kavramları bakımından daha dü ük performans göstermi lerdir.Cr(salpn)-NaY katalizörü aktif metallerin sıvı faza geçmesi ile aktiflik deneylerinedayalı olarak di erlerine göre daha etkin bir katalizör olarak bulunmu tur. SeçilenCr (salpn)-NaY katalizörü ekstra olarak BET ve TGA analizleri ile karakterizeedilmi tir. Bu katalizörle, sıcaklı ın, katalizör miktarının, karvakrolün hidrojenperoksite molar oranının; karvakrol oksidasyonu reaksiyonlarına etkileriincelenmi tir. Sıcaklı ın 40 ºC den 60 ºC yükseltilmesiyle, thymoquinoneolu umunun % 6.2 den % 16 ya arttı ı gözlenmi tir. Buna ek olarak katalizörmiktarının 0.05 gr dan 0.2 gr'a artı ıyla thymoquinone olu umunda % 7.4 den %20.7 ye artı gözlenmi tir. Ayrıca karvakrolün hidrojen peroksite molar oranının 3ten 1'e ini iyle (hidrojen peroksit miktarının artı ıyla), thymoquinone olu umu %3.7den %27 ye artmı tır. Buna ek olarak, Cr (salpn)-NaY katalizörü thymol ve kekikya ı oksidasyonunda test edilmi tir.

Name: Alev GÜNESchool: zmir Institute of TechnologyDepartment: Chemical EngineeringMajor: Chemical Engineering (Master)Title of Thesis: The Production of Thymoquinone From Thymol and Carvacrolby Using Zeolite CatalytsABSTRACTIn this thesis study, by using general flexible ligand method, Cr(III), Fe(III),Bi(III), Ni(II) and Zn(II) complexes of N,N´-bis(salicylidene)propane-1,3-diamine(H2salpn) encapsulated in NaY-zeolite were prepared. All catalyst were characterizedby Fourier transform infrared (FT-IR), X-ray diffraction (XRD) and Scanningelectron microscopy (SEM) analyses to confirm the complex encapsulation.Activities of all prepared catalysts for the decomposition of hydrogen peroxideand oxidation of carvacrol were tested. Leaching test or heterogeneity test was alsoperformed. The performances of all catalysts were compared based on the leachingtest results and carvacrol conversion. Thymohydroquinone and benzoquinones wereobserved as by-products at high conversions of carvacrol. No product was formed inthe absence of a catalyst. Fe(salpn)-NaY catalyst has shown the highest carvacrolconversion of 27.6% with a yield of 22.0% which was followed by Cr(salpn)-NaYcatalyst with 23.5% carvacrol conversion with a yield of 17.6%. Other catalysts haveshown relatively lower performances in terms of carvacrol conversion and leaching.The Cr(salpn)-NaY catalyst was found to be a more efficient catalyst than othersbased on leaching and activity tests. Selected catalyst was extra characterized byBrunauer Emmett and Teller (BET) and Thermal gravimetric (TGA) analyses. Withselected catalyst Cr (salpn)-NaY, temperature, catalyst amount, reactant carvacrol tohydrogen peroxide molar ratio effects were investigated in carvacrol oxidationreactions. Increasing the temperature from 40 to 60 ºC caused the increment ofthymoquinone yield from 6.2 to 16.0%. In addition to that the yield of thymoquinonewas increased from 7.4 to 20.7% by increasing catalyst amount from 0.05 to 0.2 g.And also thymoquione yield was increased from 3.7 to 23.0% by decreasing carvacrolto hydrogen peroxide molar ratio from 1 to 3. Moreover, Cr (salpn)-Y catalyst wasalso tested in thymol and essential oil oxidation reactions.