Demir borat-seryum oksit katalizör karışımlarının hazırlanması ve benzil alkolün yükseltgenmesinde kullanılması
Preparation of iron borate-cerium oxide catalyst mixtures and use in the oxidation of benzyl alcohol
Yazar: ABDURRAHMAN METE TURGUT
Danışman: PROF. DR. BİRGÜL KARAN ; DR. OKAN İÇTEN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Anorganik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Benzil alkol = Benzyl alcohol ; Demir = Iron ; Katalizörler = Catalysts ; Oksitlenme = Oxidation ; Seryum = Cerium

Özet:
Sunulan bu Yüksek Lisans Tezi kapsamında, demir borat-seryum oksit karışımlarının mekanokimyasal olarak hazırlanması ve benzil alkolün yükseltgenmesi tepkimesindeki katalitik etkinlikleri incelenmiştir.

Bu karışımların elde edilmesinde ticari CeO2 ve Fe2(SO4)3 ile borik asitten hazırlanan sentetik Fe3BO6 (demir oksoborat) kullanılmış ve bilyalı değirmende öğütme yoluyla Fe3BO6 + xCeO2 (x = %1, 5, 10, 20) bileşiminde katalizörler hazırlanmıştır.
Fe3BO6 + xCeO2 karışımları, XRD (X-Işınları Kırınımı), SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu), FT-IR (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi) Spektroskopisi ve BET (Yüzey Alanı Ölçüm Cihazı) teknikleriyle analiz edilmiştir. En iyi yüzey alanı, kristalinite ve yapısal özellikler gösteren ve molce %5 CeO2 içeren karışım ile benzil alkolün benzaldehite yükseltgenme tepkimesi çalışılmıştır.
Benzil alkolün yükseltgenme tepkimesi, karıştırmalı reaktörlerde, geri soğutucu altında ve hidrojen peroksit varlığında gerçekleştirilmiştir. Tepkime kabından belirli sıcaklık ve sürelerde alınan örnekler GC-MS (Gaz Kromotografisi / Kütle Spektroskopisi) cihazı ile analiz edilmiş ve oluşan benzaldehit miktarı saptanmıştır. Çözücü türü, sıcaklık, tepkime süresi ve benzil alkol/katalizör oranı parametreleri için optimizasyon çalışmaları yapılmış ve benzil alkolün benzaldehite dönüşüm grafikleri çıkartılmıştır.

CeO2 katkılaması ile dönüşümün arttığı ancak belirli bir mol yüzdesinden sonra tekrar azaldığı görülmüştür. %5 CeO2 içeren katalizör ile çözücüsüz ortamda, benzil alkol/H2O2= 1:4 oranında, 90C'de, 4 saat tepkime sonunda %34.5 dönüşüm ve %81.3 benzaldehit seçiciliğine ulaşılmıştır. Bu koşullarda çalışıldığında katalizörün kararlı olduğu ve üç kez yeniden kullanıldığında aktifliğinde önemli bir azalma olmadığı bulunmuştur.

Abstract:
In this study demonstrated as a Master of Science Thesis, 
the mechanochemical preparation of iron borate-cerium oxide mixtures and their catalytic efficiency in the oxidation of benzyl alcohol were investigated.

In the preparation of these mixtures, commercial CeO2 and Fe3BO6 (iron oxoborate), synthesized from Fe2(SO4)3 and boric acid, were used and catalysts in the composition of Fe3BO6 + xCeO2 (x = %1, 5, 10, 20 by mole) were obtained by ball milling.

Fe3BO6 + xCeO2 mixtures were analyzed by XRD (X-Ray Diffraction), SEM (Scanning Electron Microscopy), FT-IR (Fourier Transform Infrared) Spectroscopy and BET (Surface Area Measurement Device) techniques. The oxidation reaction of benzyl alcohol to benzaldehyde was studied with the catalyst mixture containing 5% moles of CeO2, which showed the best surface area, crystallinity and structural properties.

The oxidation reaction of benzyl alcohol was carried out in a stirred reactor under reflux in the presence of hydrogen peroxide oxidant. Samples taken from the reaction vessel at certain temperatures and periods of time were analyzed by GC-MS (Gas Chromatography / Mass Spectroscopy) instrument and the amount of benzaldehyde formed was determined. Optimization studies were carried out for the solvent type, temperature, reaction time and benzyl alcohol/catalyst ratio parameters, and the conversion graphs of benzyl alcohol to benzaldehyde were obtained.

It was observed that the conversion increased with CeO2 addition up to a certain molar percentage but decreased again. 34.5% conversion and 81.3% benzaldehyde selectivity were reached after 4 hours of reaction at 90C in a solvent-free environment with the catalyst containing 5% CeO2. The catalyst was found to be stable when used under these conditions and there was no significant decrease in its activity after recycling for three times.