Glikozun hidrotalsit destekli metaller ve fonksiyonlandırılmış mezogözenekli katalizörler ile biyoyakıt türevlerine dönüştürülmesi
Conversion of glucose to biofuel-derivatives by hydrotalcite supported metals and functionalized mesoporous catalysts
Yazar: HÜLYA AÇAR KILIÇ
Danışman: PROF. DR. YAŞAR GÖK
Uşak Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyokütle = Biomass ; Dehidratasyon reaksiyonları = Dehydration reactions ; Formik asitler = Formic acids ; HMF =   ; Katalitik reaksiyon = Catalytic reaction ; Kimyasal oksidasyon = Chemical oxidation ; Kimyasal reaksiyon = Chemical reaction ; Kimyasal reaksiyon mühendisliği = Chemical reaction engineering ; Metal oksit katalizörü = Metal oxide catalyst ; Oksitlenme reaksiyonları = Oxidation reactions

Özet:
Dünya'nın artan enerji ihtiyacı ve fosil yakıtların tükenmesine bağlı olarak; yenilenebilir, sürdürülebilir ve çevre dostu enerji kaynaklarına olan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Bu doktora tez çalışmasının amacı da, değerli bir biyokütle olan glikozun yüksek seçiçilikte biyoyakıt türevlerine katalizör varlığında çevre dostu ve ekonomik yöntemlerle dönüştürülmesidir. Bu amaç doğrultusunda; glikozun dehidrasyonu, sentezlenen ftalosiyonin ve organik metal kompleksler varlığında gerçekleştirilmiş ve önemli bir yakıt hammaddesi olan 5-hidroksimetilfurfural (5-HMF) elde edilmiştir. Bu çalışmanın devamında da; hidrojen kaynağı olarak kullanılan formik asidin üretimi için bazik ve redoks özellikleri dikkate alınarak hidrotalsit benzeri metal katalizörler sentezlenmiştir ve bu katalizörler yardımı ile de glikoz okside olarak formik asit elde edilmiştir. Glikozun dehidrasyon ve oksidasyon reaksiyonları için yüksek aktivite ve seçiçilik gösteren katalizörler belirlenmiştir. Her bir reaksiyon için parametrik çalışmalar (çözücü çeşidi, reaksiyon sıcaklığı ve süre, katalizör/glikoz oranı) yapılmış ve optimum reaksiyon koşulları belirlenmiştir. Sentezlenen katalizörlerin XRD, FT-IR ve yüzey morfoloji analizleri yapılmıştır. Glikozun dehidrasyonu dimetil sülfoksit içerisinde alüminyum ftalosiyanin (AlPcCl) katalizörü ile gerçekleştirilmiş ve %53,0 5-HMF verimi elde edilmiştir ve optimum reaksiyon koşulları 130 °C, 1/5 katalizör/glikoz oranı ve 3 saat olarak belirlenmiştir. Glikoz oksidasyonu için yapılan çalışmaların sonucunda da, etanol ortamında Mg-Al (1:3) katalizörü ile 70 ℃'de atmosferik basınçta 6 saatin sonunda ~ %99 formik asit seçiçiliği elde edilmiştir. Bu çalışmaların sonucunda da; glikozun biyoyakıt türevlerine çevre dostu, ekonomik ve yüksek seçiçilikte dönüştürülmesi katalitik yöntemlerle sağlandığı gösterilmiştir.

Abstract:
The demand of renewable , sustainable and green energy source are increasing because global energy demand is increasing and depletion of fossil fuels. The aim of the doctoral thesis is to convert glucose, valuable biomass, into high selective biofuel derivatives with green and economical process in the presence of a catalyst. For this purpose, the dehydration of glucose was carried out with phthalocyanine and organic metal complexes to obtain 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) which is the important fuel raw material. Accordance to the thesis's purpose, hydrotalcite-like catalysts and bimetallic oxide in consideration of redox and basic properties were synthesized and tested in glucose oxidation to obtain formic acid, which can be used as hydrogen source. High active and selective catalysts were determined for both the dehydration and oxidation reactions of glucose. Parametric studies (type of solvent, reaction temperature and time, catalyst/glucose ratio) were investigated and optimum reaction conditions were determined for each reactions. XRD, FT-IR and surface morphology of the synthesized catalysts were analyzed. Dehydration of glucose was carried out with aluminum phthalocyanine (AlPcCl) catalyst in dimethyl sulfoxide and 53.0% 5-HMF yield was obtained and optimum reaction conditions were determined as 130 °C, 1/5 : catalyst/glucose ratio and 3 hours. As a result of the studies for glucose oxidation, ~99% formic acid selectivity was obtained after 6 hours at 70 ℃ at atmospheric pressure with Mg-Al (1:3) catalyst in ethanol medium.  All in all glucose was converted to high selective biofuel derivatives in a green, economical  and catalytic methods, sucsessfully.