Gliserin esterifikasyon reaksiyonu için katalizör sentezi, karakterizasyonu ve performanslarının incelenmesi

Gliserin, bitkisel yağın metanol veya etanol ile transesterifikasyonu ile biyodizel üretiminde yan ürün olarak oluşmaktadır. Son yıllarda biyodizel üretiminin artması gliserin üretimini de arttırmaktadır. Çevreci ve yenilenebilir bir yakıt olan biyodizelin ekonomik olarak üretilmesi açısından gliserinin asetik asitle esterifikasyonu biyodizel üretiminden kaynaklanan artan gliserinin değerlendirilmesi açısından alternatif bir çözüm teşkil eder. Yapılan çalışmada gliserinin asetik asitle esterifikasyonunda kullanılmak üzere MCM-41 ve Zirkonya destekli katalizörler sentezlenmiş ve yapısal karakterizasyonları X-ışını kırınım desenleri ve azot adsorpsiyon-desorpsiyon yöntemi ile belirlenmiştir. Ayrıca hazırlanan katalizörlerin asidik bölgelerinin tayini için pridin adsorplanan katalizörlerin DRIFTS analizleri gerçekleştirilmiştir. Reaksiyon çalışmaları ticari asidik reçineler ve çalışma kapsamında sentezlenen asidik katalizörler varlığında sıvı fazda incelenmiştir. Öncelikle Amberlyst-15 katalizörü varlığında başlangıç reaktan molar oranları, karıştırma hızı, reaksiyon sıcaklığı, katalizör miktarı gibi parametrelerin gliserin dönüşümüne ve ürün seçicilikleri üzerine etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar ışığında daha önce gliserinin asetik asitle esterifikasyon reaksiyonlarında kullanılmamış olan ticari iyon değiştirici reçine katalizörlerden Amberlyst-16 ve Amberlyst-36 varlığında da reaksiyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. İyon değiştirici reçinelere göre yüksek sıcaklıklara dayanıklılıkları ile avantajlı olan STA (silikotungstik asit) içerikli MCM-41 ve zirkonya destekli katalizörler varlığında esterifikasyon reaksiyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu katalizörlerin yüksek reaksiyon sıcaklıklarında yüksek aktivite verdikleri görülmüştür. 165 °C reaksiyon sıcaklığında, %20 STA içerikli zirkonya katalizörü varlığında gerçekleştirilen reaksiyon çalışmasında 45 dakikada %100 gliserin dönüşümü elde edilmiştir. Gliserinin asetik asitle esterifikasyonu tersinir üç seri reaksiyondan oluşmaktadır ve oluşan esterlerin yanısıra su da açığa çıkmaktadır. Oluşan suyun bir kısmının adsorbent yardımıyla tutulması ile di ve triasetin seçiciliğini arttırması öngörülerek model katalizör Amberlyst-15 ile birlikte çeşitli adsorbentler (Silikajel, Zeolit 3A, 4A ve 5A) kullanılarak reaksiyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. 95°C reaksiyon sıcaklığında sadece A-15 varlığında gerçekleştirilen deneysel çalışmada 245. dakikada gliserin dönüşümü %30 iken A-15 ile birlikte (1/2; katalizör/zeolit oranında) zeolit 5A eklenmesiyle gerçekleştirilen deneysel çalışmada %73?e yükselmiştir. Literatürde gliserinin asetik asit esterifikasyon reaksiyonuna ait termodinamik çalışmaların eksikliği dikkat çekmektedir. Doktora çalışması kapsamında reaksiyon termodinamik açıdan incelenmiş çeşitli korelasyonlar yardımıyla farklı sıcaklıklar için denge sabitleri ve denge dönüşümleri hesaplanmıştır. Seri reaksiyonlar olan gliserin asetik asit esterifikasyon reaksiyonlarının endotermik oldukları görülmüş, reaksiyon entalpileri 0,57 kj/mol olarak hesaplanmıştır.