شماره مدرك
16940
شماره راهنما
1841 دكتري
پديد آورنده
رضايي، مهسا
عنوان
تهيه كاتاليست اسيدي هتروژن بر پايه مشتقات كاراگينان براي تبديل قندها به 5-هيدروكسي متيل فورفورال و اتيل لوولينات
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
شيمي آلي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1400
صفحه شمار
هفده، 85، مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
κC-g-MBA , ιC-g-MBA , 5-هيدروكسي متيل فورفورال (HMF) , اتيل لوولينات (EL)
تاريخ ورود اطلاعات
1400/10/07
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
شيمي
دانشكده
شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1400/10/07
كد ايرانداك
2783546
چكيده فارسي
تبديل قندهاي شش كربنه مانند فروكتوز و گلوكز كه از فراوانترين مشتقات زيستتوده به شمار ميآيند، به 5- هيدروكسي متيل فورفورال (HMF) بهعنوان يك اساس بسيار مهم براي توليد مواد شيميايي و سوخت، توجه بسياري را به خود جلب كرده است. بااينحال به علت هزينههاي بالاي توليد آن، پيادهسازي تجاري HMF ممكن است مقرونبهصرفه نباشد. ازاينرو استفاده از كاتاليست ناهمگن ميتواند توليد آن را ميسر كند. در اين رساله ابتدا كاراگينان خالص با گروههاي اسيدي به كمك MBA اصلاح و پايدار شد و سپس در آبگيري از قندها جهت توليد 5-هيدروكسي متيل فورفورال و اتيل لوولينات (EL) استفاده شد .
در پژوهش اول تبديل فروكتوز به HMF بهوسيله κC-g-MBA كه يك كاتاليست با گروههاي سولفونيك اسيدي و پايداري حرارتي بالاست، انجامشده است. اين پژوهش در جهت مقايسه بين فروكتوز و گلوكز، موردبررسي قرارگرفته است. كاتاليست با آناليزهاي XRD ،BET ، FESEM ،SEM ،FT-IR و TGA شناسايي و ارزيابيشده است و در تبديل فروكتوز بهHMF، DMSOبهعنوان حلال استفادهشده است. در اين فرآيند پارامترهاي گوناگوني ازجمله تاثير دماي واكنش، زمان واكنش، مقدار كاتاليزور و تاثير حلال براي به دست آوردن بهترين بازده موردبررسي قرار گرفت. با توجه به نتايج بهدستآمده، براي فروكتوز بازده 89/1 درصد از HMF در زمان 60 دقيقه و دماي ºC 160 و براي گلوكز بازده 16/9 درصد از HMF در زمان 120 دقيقه و دماي ºC 160 را به دست آمد.كاتاليست با گروههاي اسيدي برونشتد، كارآمدي خوبي را در اين واكنش از خود نشان داد. همچنين بازيابي كاتاليست موردبررسي قرار گرفت كه كاهش اندكي در مقدار بازده پس از چند بار بازيابي مشاهده گرديد.
در پژوهش دوم، از كاتاليست اسيدي جامد هتروژن ιC-g-MBAبراي تبديل فروكتوز به HMF استفاده شد. شناسايي كاتاليست با استفاده از تكنيكهاي XRD ،BET ، FESEM ،FT-IR و TGA انجام شد. دماي واكنش، زمان واكنش، مقدار كاتاليزور و تاثير حلال براي به دست آوردن بهترين بازده موردبررسي قرار گرفت. براي فروكتوز بازده 88/2 درصد از HMF در زمان 60 دقيقه و دماي ºC 160 و براي گلوكز بهترين بازده 25/2 درصد از HMF در زمان 120 دقيقه و دماي ºC 160را نشان داد.كاتاليست خصوصيات ويژهاي ازجمله بازده مناسب، استخراج آسان را دارا ميباشد. همچنين با كاتاليست بازيافت شده نيز واكنش الگو انجامشده است كه تا چهار مرتبه بازيافت، بازده واكنش تغيير چنداني نداشت.
در پژوهش سوم آبگيري از فروكتوز و تبديل آن به اتيل لوولينات با استفاده از دو كاتاليست جامد اسيدي هتروژن κC-g-MBA و ιC-g-MBA انجام شد. بهمنظور بهبود بازده EL پارامترهاي موثر بر واكنش بررسي شد. با كاتاليست κC-g-MBA بازده 79/7 درصد EL در زمان 5 ساعت و دماي ºC 180 در اتانول به دست آمد. بازده 82/9 درصد EL با كاتاليست اسيدي ιC-g-MBA در زمان 5 ساعت و دماي ºC 180 در اتانول به دست آمد.
چكيده انگليسي
Conversion of such hexoses as fructose and glucose, the most abundant derivatives of biomass, to 5-hydroxymethylfurfural (HMF), as a major platform for the production of chemicals and fuels, has attracted a wide audience. Yet, due to the high costs of its production, commercialization of HMF may prove uneconomical. For this reason, a path for the conversion of a heterogeneous catalyst may make the production possible. For this dissertation, first, using MBA, pure carrageenan and acidic groups were improved and stabilized, and then, used in the dehydration of sugars for production 5-hydroxymethylfurfural (HMF) and ethyl levulinate (EL). In the first study, fructose was converted to 5-hydroxymethylfurfural (HMF) using κC-g-MBA, a catalyst with acidic and high thermostable sulfonic groups. The study was intended to compare fructose with glucose. The catalyst was recognized and evaluated using XRD, BET, FESEM, SEM, FT-IR, and TGA, and to convert fructose to HMF, DMSO was used as solvent. In this process, various parameters, including the effect of temperature on the reaction, time of reaction, amount of the catalyst, and the effect of solvent on obtaining the best yield were analyzed. In view of the results obtained, for fructose, a yield 89.1% of HMF, in 60 min, and 160 °C, for glucose, a yield of 16.9% of HMF, in 120 min and 160 °C were obtained. The catalyst proved efficient with Bronsted acidic groups. The catalyst recovery was also analyzed; however, the yield decreased slightly after several recoveries. In the second study, the heterogeneous acidic catalyst ιC-g-MBA was used to convert fructose to 5-hydroxymethylfufural (HMF). The catalyst was recognized using XRD, BET, FESEM, FT-IR, and TGA techniques. The reaction temperature, amount of catalyst, and effect of the solvent on obtaining the optimal yield were analyzed. For fructose, a yield of 88.2% of HMF, in 60 min, and 160 °C, for glucose, a yield of was 25.2% of HMF, in 120 min and 160 °C were obtained. The catalyst possesses such unique properties as proper yield and easy extractability. Further, using the recovered catalyst, a model reaction was achieved such that the yield was still high after four recoveries. In the third study, fructose was dehydrated and converted to ethyl levulinate using two solid heterogeneous catalysts: κC-g-MBA and ιC-g-MBA. To improve on the yield of ethyl levulinic, the parameters effective on the reaction were analyzed. With κC-g-MBA, a yield of 79.9% of ethyl levulinate, in 5 hours, and a temperature of 180 °C in ethanol was obtained. A yield of 82.9% of ethyl levulinate with the acidic catalyst ιC-g-MBA was obtained in 5 hours and 180 °C in ethanol.
استاد راهنما
محمد ديناري، عليرضا نجفي
استاد مشاور
شادپور ملك پور
استاد داور
عبدالرضا حاجي پور، حسين توكل، عباس رحمتي