Y zeolit üzerinde dimetilnaftalinlerin üretimine metal yüklemeninve kalsinasyon sıcaklığının etkisi
Effect of metal loading and calcination temperature on production of DMN's over Y zeolite catalyst
Yazar: AYSEL NIFTALIYEVA
Danışman: PROF. DR. ALİ KARADUMAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Polietilen naftalat (PEN) polimeri, poliester ailesinin nispeten yeni bir üyesidir. Bu polimer Polietilen teraftalata alternetif bir malzeme olmanın yanında yüksek oksijen geçirme direnci, yüksek ısıl dayanımı, young modülü, yüksek camsı geçiş sıcaklığı, düşük oligomer ekstraksiyon değeri, yüksek radyasyon direnci gibi özellikleri nedeniyle kullanım alanı daha geniş bir polimerdir. Ancak, üretiminde kullanılan 2,6-dimetil naftalinin (2,6-DMN) üretim maliyetinin yüksek olması dolayısı ile gerektiği gibi yaygınlaşamamaktadır. Bu nedenle literatürde, 2,6-DMN seçimliliğinin artırılması ve üretim maliyetinin azaltılması üzerine çalışmalar yoğunlaşmış durumdadır.
Bu tez kapsamında, Y zeolit üzerinde dimetil naftalinlerin üretimine metal ve kalsinasyon sıcaklığının etkisi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, Zeolyst (USA) firmasından temin edilmiş Y zeolit ve %10 oranında Cu, La, Ni, %0.1 oranında ise Rb ve Pd metalleri yüklü Y zeolit katalizörler hazırlanmış ve 2-MN'nin metilasyonu ve disproporsiyonu tepkimelerinde test edilmiştir. Ayrıca, hazırlanan La/Y zeolit katalizörlerinde kalsinasyon sıcaklığının değişimi ile oluşan ürünlerin değişimi incelenmiştir. Dimetil naftalinlerin üretiminde, 2-MN'in metanol ile metilasyonu ve 2-MN'inin disproporsiyonu deneylerinde çözücü olarak 1,3,5-trimetil benzen kullanılmıştır. Oluşan sıvı ürünler ThermoFinnagan DSQ 250 markalı,  GC-MS cihazında analiz edilmiştir. Katalizörlerin karakterizasyonu için SEM, XRF, XRD, FTIR ve BET analizleri yapılmıştır.
Deneysel çalışmalarda, boşluk hızının, sıcaklığın, metal yüklemenin ve kalsinasyon sıcaklığının 2-MN dönüşümüne, 2,6-DMN verimine, 2,6-DMN seçimliliğine ve 2,6-DMN/2,7-DMN oranına etkisi incelenmiştir. Hazırlanan bütün katalizörler için 2-MN dönüşümünün boşluk hızı (WHSV) artışıyla azalırken, sıcaklık artışı ile Pd ve Rb metallerinin yüklenmesiyle arttığı, La, Cu ve Ni yüklenmesiyle katalizörün çabuk deaktive olmasından dolayı azaldığı görülmüştür. Y zeolit katalizörler üzerinde 2-MN dönüşümü metilasyon reaksiyonlarında %15-%79 arasında, disproporsiyon reaksiyonlarında ise %14 - %60 arasındadır. Kalsinasyon sıcaklığının artırılması ise 2-MN dönüşümünü azaltmıştır. Metilasyon yönteminde Y zeolite Rb metalinin, disproporsiyon yönteminde ise Pd ve Rb metallerinin yüklenmesi 2,6-DMN verimini artırmaktadır. Kalsinasyon sıcaklığının 550 °C'den 750°C'ye çıkarılmasıyla 2,6-DMN veriminin arttığı görülmüştür. Y zeolit ve metal yüklü Y zeolit katalizörleri kullanıldığında 2,6-DMN/2,7-DMN oranları disproporsiyon ve metilasyon reaksiyonlarında 1.0 ve üzerinde bulunmuştur. Ayrıca, kalsinasyon sıcaklığının artırılmasının 2,6-DMN/2,7-DMN oranını artırdığı görülmüştür. 2,6-DMN seçimliliği, en yüksek Rb metali modifiye edilmiş Y zeolitte  %16 civarlarında iken disproporsiyon reaksiyonlarında ise en yüksek %10 olarak Pd yüklü Y zeolit katalizöründe bulunmuştur. Hem metilasyon hem disproporsiyon reaksiyonlarında en düşük seçimlilik değeri Ni yüklü Y zeolit katalizöründe sırasıyla %9 ve %1.5 olarak çıkmıştır. Kalsinasyon sıcaklığının 750°C'ye çıkarılmasıyla 2,6-DMN seçimliliğinin arttığı gözlenmiştir.

Abstract:
Polyethylene naphthalate (PEN) is a relatively new member of the polyester family. These polymer is a alternative material of polyethylene terephthalate, as well as having a wide usage due to properties such as high oxygen permeability, high heat resistance, young's modulus, high glass transition temperature, low oligomer extraction, and high resistance to radiation. However, 2,6-dimethylnaphthalene (2,6-DMN), which used in the production, can not widespread as necessary on account of the high production costs. Therefore, works in literature, were focused on increasing selectivity of 2,6-DMN and decrease production cost. 
In this thesis, the effect of metals loading and calcination temperature to the synthesis of dymethylnaphthalenes over Y zeolite are intended. For this purpose, Y zeolite  which were available from Zeolyst (USA) company and 10% Cu, La, Ni, and 0.1% Pd, Rb metals doped Y zeolite catalysts were prepared and tested in the methylation and disproportionation of 2-MN. Also, the changes of the products by changing the calcination temperature were investigated over the La/Y zeolite catalyst. In the production of dimethyl naphthalene, 1,3,5-trimethyl benzene were used as a solvent in the methylation of 2-MN with methanol and disproportionation of 2-MN experiments. The obtained reaction liquid products were analyzed by ThermoFinnagan DSQ 250 brand GC-MS device. For characterization of catalysts SEM, XRF, XRD, FTIR and BET analysis were performed.