Bentonit destekli heteropoli asit katalizörlüğünde formik asit-n-Bütanol esterleşmesinin kinetik incelenmesi
Heteropoly acid supported on clay: An effective catalyst for esterification of formic acid with n-Butyl alcohol and kinetic modelling
Yazar: ZEYNEP HİM
Danışman: PROF. DR. MEHMET RIZA ALTIOKKA
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, katalizör olarak %10, %20, %30 yükleme oranlarında tonsil destekli heteropoli asit katalizörleri sentezlendi. XRD, FT-IR ve BET metotları ile karakterizasyonu yapıldı ve katalitik aktivitesi formik asit?bütanol esterleşme tepkimesinde test edildi.Tonsil, saf HPA'lar ve sentezlenen katalizör örneklerinin XRD ve FT-IR incelenmesi sonucu HPA'ların destek maddesi olan tonsil ile etkileştiği görüldü. BET metodu ile ise özgül yüzey alanı, ortalama gözenek hacmi ve gözenek çapları belirlendi. HPA yükleme oranı arttıkça tonsilin yüzey alanı ve por hacminde azalma görüldü. Ayrıca azot adsorpsiyon/desorpsiyon izotermleri destekli HPA'ların mezogözenekli katı yapısının karakteristiğine uygun olduğunu göstermiştir.Katalizörsüz yürüyen formik asit-bütanol esterleşme tepkimesinin ikinci mertebeden basit tersinir bir tepkime modeline uyduğu belirlendi ve hız sabiti hesaplandı.Katalitik etkinliği en yüksek olan %20 DTP/T katalizörü varlığında formik asit?bütanol esterleşme tepkime kinetiği incelendi. Deneyler kesikli bir reaktörde gerçekleştirildi. Katalizör türü ve miktarı, karıştırma hızı ve sıcaklığın tepkime hızı üzerine etkisi belirlendi.Katalizör miktar artışı ile tepkime hızının lineer olarak arttığı belirlendi. Karıştırma hızının ise tepkime hızı üzerinde etkili olmadığı tespit edildi. Deneysel sonuçlar tepkimenin Eley-Rideal mekanizması ile verilebileceğini gösterdi. Bu mekanizma ile uyumlu kinetik ifadeninşeklinde verilebileceği gösterildi. Burada derişimler, mol.L-1 cinsindendir.Anahtar Kelimeler: Esterleşme, Heteropoli Asit, Heterojen kataliz, Kinetik modelleme

Abstract:
In this study, a series of catalysts having 10%, 20% and 30% loadings of DTP on Bentonite were synthesized, the samples were characterized by using XRD, FT-IR, BET method and the catalytic activities of the catalysts were examined by esterification of formic acid with butyl alcohol.The XRD and FT-IR analyses of Tonsil earth, pure HPA and syntesized catalyst show that there is an interaction between the tonsil and heteropoly acid. The surface area, pore volume and pore size distibution were measured by using the BET method. The surface area and pore volume of Tonsil were reduced considerably by loading of different HPAs on tonsil. The adsorption?desorption isotherms of HPAs were found to agree with the isotherm of Type IV, which was a characteristic of a mesoporous solid.It has been indicated that the reaction between formic acid-butyl alcohol, conducted without catayst, follows a simple second order reversible reaction mechanism. Temperature dependency of the forward reaction rate constant was calculated.The 20% DTP on tonsil showed the highest catalytic activity. Therefore the reaction was studied in the presence of this catalyst. The experiments has been carried out in a stirred batch reactor. The effects of reactant molar ratio, reaction temperature, stirring speed and catalyst loading on the reaction rate have been determined.It was shown that the reaction rate increases linearly with the catalyst loading. And it has been observed that the stirring speed has no effect on the reaction rate. The experimental results showed that the reaction follows the Eley-Rideal mechanism. The kinetics model depending on this mechanism has been developed aswhere T is absolute temperture in K.Keywords: Esterification, Heteropoly acid, Heterogeneous catalysis, Kinetic modelling