Asidik katalizör sentezi, karakterizasyonu, katalitik aktivitesinin gliserol esterleşme reaksiyonunda incelenmesi
Synthesis, characterization and investigation of catalytic activity in the glycerol esterification reaction of acidic catalyst
Yazar: VELİ ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. KIRALİ MÜRTEZAOĞLU ; YRD. DOÇ. DR. LEVENT DEĞİRMENCİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Sunulan çalışmanın amacı esterleşme reaksiyonunda yüksek ve sürdürülebilir aktivite verecek asidik katalizörlerin sentezlenmesidir. Katalizör sentezinde yüksek yüzey alanına sahip katalizörlerin sentezlenmesi büyük önem taşımaktadır. Sentezlenen katalizörlerin aktivitesinde uzun süreli kullanımlarda ve/veya tekrarlı kullanımlarda önemli bir değişikliğin olmaması da eşit ölçüde önem taşımaktadır. Bu amaçla ilk olarak aktif maddenin homojen dağılımını sağlayacak destek maddeleri MCM-41 ve SBA-15 sentezi literatür araştırması sonucu belirlenen prosedürler uyarınca gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen destek maddelerinin katalitik özellik göstermesi için bir aktif madde eklenmesi gerekmektedir. Çalışmada destek maddelerine katalitik özellik geleneksel impregnasyon yönteminden farklı olarak sentez sırasında aktif maddenin eklenmesiyle kazandırılmıştır. Aktif madde olarak silikotungstik asidin (STA) kullanıldığı çalışmada farklı yükleme oranlarında STA/SBA-15 ve STA/MCM-41 katalizörlerinin sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen katalizörlerin aktiviteleri etanol ve asetik asit reaktanları ile gerçekleştirilen etil asetat ve laurik asit ve gliserol reaktanları ile gerçekleştirilen gliserid üretimlerinde test edilmiştir. Katalizörler reaksiyon sonunda ortamdan alınmış ve yıkama ve kurutma işlemlerinden sonra aynı deneysel koşullarda tekrar deneyleri gerçekleştirilmiştir. Gliserid üretimi Amberlit IR-120 katalizörlüğünde de yürütülmüş ve katalizörün aktivitesi sentezlenen katalizörler ile karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamında sentezlenen ve reaksiyon sonunda elde edilen katalizörler ile karakterizasyon analizleri de gerçekleştirilmiştir.  Sonuçlar sentezlenen katalizörlerin yüksek ve tekrarlanabilir aktiviteye sahip olduğunu göstermiştir. Reaksiyon sonunda katalizörlerin moleküler yapılarında önemli bir değişikliğin olmadığı belirlenmiştir. Katalizörlerin uzun süreli kullanımlarda aktivitesinin belirlenmesi amacıyla STA/SBA-15 katalizörlüğünde 7 gün süresince gerçekleştirilen gliserid üretimi sonunda aktivitenin korunduğu görülmüştür. Tez çalışmasında elde edilen sonuçlar ticari katalizörler ile karşılaştırılabilir aktiviteye sahip ve uzun süreli kullanımlarda aktivitesini koruyabilen katalizörlerin başarılı bir şekilde sentezlendiğini göstermektedir.

Abstract:
The aim of the present study was to synthesize acidic catalysts that would yield high and sustainaible activity in esterifciation reactions. It is of great importance to synthesize catalysts with high surface areas. It is equally important to maintain the activity of the synthesized catalyst in repeated and/or long-term use.  Syntheses of support materials namely MCM-41 and SBA-15 was conducted by applying procedures present in literature. Catalytic activity of these materials require addition of an active material on the support. Unlike the traditional impregnation method, hydrothermal method that enable simultaneous addition of the active material during the synthesis of support was employed in the study. Hence STA/MCM-41 and STA/SBA-15 catalysts with varying silciotungstic acid (STA) amounts in the course of study. Activity of these catalysts was determined by ethyl acetate and glyceride reactions conducted in the presence of ethanol with acetic acid and glycerol with lauric acid.  Catalysts were recovered from the reaction medium at the end of runs and reused after being washed and dried. Glycerid production was also conducted in the presence of Amberlyst IR-120 to obtain a comparison between the synthesized catalysts and an industrial catalyst. Characterization analyses with bare and spent catalysts were also conducted in the course of study. Results indicated high and sustainable activity of the synthesized catalysts.  Characterization analyses also showed that molecular configuration of the catalysts had remained almost unchanged during reaction. It was seen that the activity of the catalysts had been preserved during long-tern reaction experiments conducted for 7 days. Consequently, the synthesized catalysts were determined to be comparable with industrial catalysts. It was also shown that the applied procedures had been succesful in obtaining catalysts with prolonged activies.