5 hidroksimetilfurfural'dan (hmf) 2,5 dimetilfuran (dmf) üretimi
Production of 2,5 dimethylfuran from 5- hydroxymethylfurfural
Yazar: MERVE ESEN
Danışman: DOÇ. DR. SOLMAZ AKMAZ ; PROF. DR. MEHMET ALİ GÜRKAYNAK
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde fosil yakıtların giderek azalması ve enerjiye olan ihtiyacın gün geçtikçe artması
nedeniyle alternatif enerji kaynaklarının araştırılması hususunda gerçekleştirilen çalışmalar
önem kazanmıştır. Biyokütle hem yenilenebilir hem de ekonomik olması ile alternatif enerji
kaynağı olarak oldukça dikkat çekmektedir. Biyokütleden elde edilebilecek, kimyasal ve yakıt
üretimi için önemli ara ürünlerden biri olan 5-Hidroksimetilfurfural (HMF) ve yakıt ve/veya
yakıt katkısı olarak kullanılmaya uygun özellikleri bulunan 2,5-Dimetilfuran (DMF)
yenilenebilir enerji eldesinde umut vaad eden bileşiklerdir. Bu çalışma kapsamında
biyokütleden elde edilebilen ve değerli kimyasalların, yakıtların eldesinde önemli bir ara ürün
olan HMF'den yüksek nitelikte özelliklere sahip bir biyoyakıt olarak nitelendirilen DMF eldesi
için yeni katalizörlerin geliştirilmesi hedeflenmiştir.
Gerçekleştirilen çalışmada önce Ru, Co ve Mn tuzlarından literatürde mevcut olmayan tekli ve
çoklu katalizörler ortak çöktürme, sol-gel yöntemleri kullanılarak hazırlanmış, takiben H2 ve
NaBH4 ile indirgeme yöntemleri kullanılarak elde edilmiştir. Elde edilen katalizörler HMF'nin
hidrojenasyon ile DMF'ye dönüşüm reaksiyonlarında, sıcaklık, süre, H2 basıncı, çözücü,
katalizör miktarı gibi reaksiyon parametreleri değiştirilerek aktivite testlerine tabii tutulmuştur.
Reaksiyon hızı ve seçimlilik yönünden etkin bulunan katalizörlerin yüzey alan analizleri için
Brunauer-Emmtt-Teller; BET metodu, faz yapıları için X-Ray Kırınımı (XRD), metal
dağılımları için Geçirgenlik Elektron Mikroskobu (TEM), yüzey yapıları ve içeriğinde yer alan
elementlerin kimyasal ve elektron durumu için X-Ray Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), katalizörlerin içeriğindeki metal miktarlarını belirlemek için İnduktiv Kapling Plazma Kütle
Spektroskopisi (ICP-MS), katalizör içeriğindeki metal oksitlerin metalik forma indirgendiği
sıcaklığı belirlemek için Sıcaklık Programlamalı İndirgeme (TPR) yöntemleri kullanılmıştır.
Değişik reaksiyon koşullarında farklı oranlarda hazırlanan Co/Mn katalizörleri ile sol-gel
yöntemi ile SiO2 üzerine oturtulan Ru-Co/SiO2 katalizörlerinin HMF'nin DMF'ye
dönüşümünde hem reaksiyon hızı hem de seçimlilik yönünden etkili olduğu bulunmuştur. En
yüksek dönüşüm ve seçimlilik değerlerine literatürde mevcut olmayan %4 oranında Ru
içeriğine sahip Ru-Co/SiO2 sol-gel katalizörü ile ulaşılmıştır. Ayrıca içeriğinde soy metal
bulunmayan Co/Mn katalizörleri ile de değişik reaksiyon koşullarında HMF'nin
hidrojenasyonu ile DMF'ye dönüşüm reaksiyonlarında yüksek dönüşüm ve seçimlilik
değerlerine ulaşılabileceği tespit edilmiştir.
Kasım 2018, 104. sayfa.
Anahtar kelimeler: 5-Hidroksimetilfurfural, 2,5-Dimetilfuran, biyoyakıt, enerji, katalizör

Abstract:
Nowadays, the studies on the research of alternative energy sources have ganined importance
as the fosil fuels are gradually decreasing and the need of energy increases day by day. Biomass
is both renewable and economical alternative energy sources, so it is attracted the attention. 5-
Hydroxymethylfurfural (HMF) is one of the most important intemediate product were produced
from biomass and can be used on the chemical and fuel production and 2,5-Dimethylfuran
(DMF) has valuable properties for will be used like fuel and/or fuel additivies. HMF and DMF
are promising compounds for renewable energy. The scope of the study, it is aimed to develop
new catalysts for production DMF which has high quality properties biofuel from HMF which
is an important intermediate product can be produced from biomass and valuable chemicals,
fuels are produced from HMF.
In the study, the mono- or multi- catalysts which were not presented in literatüre from Ru, Co
and Mn salts were prepared using precipitation, sol-gel methods, followed by H2 or NaBH4
reduction methods. This catalysts were subjected in activity tests by changing the rection
parameters such as temperature, time, pressure of H2, solvent, amount of catalyst for DMF
production from HMF with hydrogenation process. For catalyst found to be effective for
reaction rate and selectivity, Brunauer-Emmtt-Teller (BET), X-Ray Differaction (XRD),
Transmittance Electron Microscopy (TEM), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Inductive Plasma Mass Spectroscopy (ICP-MS), Temperature Programmed Reduction (TPR)
were used to for surface areas analysis, phases structures, metal distribution, chemical and
electron status of the elements in the surface structures and content, determine the metal content
of the catalysts, determine the temoerature at which metal oxides in the catalysts were reduced
to the metallic form, respectively.
Co/Mn catalysts prepared with different ratios and Ru-Co/SiO2 catalyst placed on SiO2 by using
sol-gel method were found to be effective in both reaction rate and selectivity under different
reaction conditions for conversion to DMF from HMF. The highest conversion and selectivity
values were obtained with Ru-Co/SiO2 catalyst with 4% Ru content which was not found in the
literature. In addition, it has been determined that hidh conversion and selectivity values can be
achieved in the conversion DMF from HMF with hydrogenation reactions under different
reaction conditions with Co/Mn catalyst which do not have noble metals.
November 2018, 104. pages.
Keywords: 5-Hydroxymethlyfurfural, 2,5-Dimethylfuran, biofuel, energy, catalyst.