Pervaporasyon membran reaktörde gama-valerolakton sentezi - Mutlu, Bade; Ünlü, Derya; Bursa Teknik Üniversitesi Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı; Lisansüstü Eğitim Enstitüsü (Bursa, 2024)
Son yıllarda, endüstrilerin ve tüketicilerin çevre dostu ve sürdürülebilir alternatiflere olan ilgisi hızla artmıştır. Geleneksel petrol bazlı ürünlere alternatif olarak, yenilenebilir kaynaklardan elde edilen yakıt ve kimyasalların üretimi giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Bu eğilim, biyolojik olarak parçalanabilen ve çevreye duyarlı olan ürünlerin tercih edilmesi gerektiği fikrine dayanmaktadır. Bu bağlamda, tarımsal atıklar veya lignoselülozik materyaller gibi biyokütle kaynaklarından elde edilen furfural, dikkate değer bir yenilenebilir kaynak olarak öne çıkmaktadır. Furfural, yüksek değerli kimyasallara dönüştürülebilen ve özellikle gama-valerolakton (GVL) gibi çok yönlü bir bileşik üretebilen önemli bir ara üründür. GVL; solvent, yakıt katkı maddesi veya ara ürün olarak çeşitli endüstrilerde kullanılmakta ve bu bağlamda dikkate değer bir potansiyele sahiptir. Bu nedenle, GVL'nin biyokütle kaynaklarından elde edilmesi, yenilenebilir kaynaklara dayalı endüstrilerin gelişimi açısından büyük önem taşımaktadır. Bu çalışma, hem furfuralın tek adımda GVL sentezi için kullanılacak olan pervaporasyon membran reaktör prosesi açısından hem de reaksiyonda kullanılması planlanan katalizörler açısından oldukça özgün bir değere sahiptir. Seçilen polibenzimidazol (PBI) membranın hem GVL sentezinde hem de pervaporasyon membran reaktör uygulamasında daha önce tercih edilmemiş olması, bu çalışmanın özgünlüğünü artırmaktadır. Katalizör sentezi, kullanılan hidrofilik membran ve optimum reaksiyon koşullarının belirlenmesi yönüyle hibrit üretim yöntemi oluşturulması açısından da öncü niteliktedir. Aynı zamanda, geleneksel sentez yöntemleriyle karşılaştırmak amacıyla kesikli reaktörde tüm denemeler gerçekleştirilmiş ve sonuçlar kapsamlı bir şekilde yorumlanmıştır. Bu çalışmada, furfuraldan GVL sentezi için bifonksiyonel H₃PW₁₂O₄-UiO-66 katalizörünün kullanımı araştırılmıştır. PBI polimeri kullanılarak membran hazırlanmış ve farklı miktarlarda H₃PW₁₂O₄ içeren H₃PW₁₂O₄-UiO-66 katalizörleri sentezlenmiştir. Bu katalizörlerin katalitik aktiviteleri, furfuraldan GVL elde etmek amacıyla pervaporasyon membran reaktöründe (PVMR) test edilmiştir ve 2 g H₃PW₁₂O₄ içeren katalizörün en uygun katalizör olduğu belirlenmiştir. Optimum katalizör belirlendikten sonra, sıcaklık, molar besleme oranı ve katalizör konsantrasyonunun reaksiyon ve ayırma performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Reaksiyon ve ayırma performansları değerlendirilerek, optimum koşullar 90 °C, molar besleme oranı 10 ve 6 g/L katalizör konsantrasyonu olarak tespit edilmiştir. PVMR'nin performansı, aynı koşullarda çalışan kesikli bir reaktör ile karşılaştırılmıştır. Kesikli reaktörde, 90 °C'de, molar besleme oranı 10 ve 6 g/L katalizör konsantrasyonunda %65 furfural dönüşümü ve %51 GVL verimi elde edilirken, PVMR %100 furfural dönüşümü ve %94,21 GVL verimi sağlamıştır. Bu karşılaştırma, PVMR'nin geleneksel kesikli reaktöre göre dönüşüm ve verim artırmada daha etkili olduğunu ortaya koymaktadır. Bu çalışma, furfuraldan GVL üretimi için önerilen sürecin, yüksek dönüşüm ve verim değerleriyle umut vaat eden bir alternatif olduğunu göstermektedir.
Tez (Yüksek Lisans) -Bursa Teknik Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü,2024
Kaynakça : 55-58 sayfa
Keywords: Pervaporasyon membran reaktör; Gama-Valerolakton