2-metil naftalin'den 2,6-dimetil naftalin üretimine metal/bimetal nanopartikül yüklü mordenit katalizörünün etkisi
The effect of metal/bimetal nanoparticules loaded mordenite catalyst on the production of 2,6 dimethyl naphthalene from 2-methyl naphthalene
- Tez No: 944188
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ KARADUMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ankara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 231
Özet
Polietilen naftalat (PEN)'in üretiminde kullanılan 2,6-Dimetil naftalin (2,6-DMN) önemli bir birleşiktir. PEN, Polietilen tereftalat (PET) yerine kullanılabilecek yeni bir alternatif ve özellikleri PET'den daha iyidir. PEN, PET'ten çok daha iyi fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olmasına rağmen ticari boyutta üretilememektedir. Bunun sebebi 2,6-NDC üretimi için gerekli olan 2,6-DMN'in istenilen yüksek seçimlilikte üretilememesi ve yüksek dönüşümde ürün veren katalizör geliştirilmemesidir. Çalışma kapsamında, 2-metil naftalin (2-MN)'den 2,6-DMN üretimine, metal/bimetal nanopartikül (NP) yüklü zeolit katalizörlerin etkisinin araştırılmıştır. Katalizör hazırlanırken Mordenit zeolitinin üzerine Pd, Ni, Co metal ve Pd/Ni, Pd/Co ve Ni/Co bimetal NP'leri yeni bir yöntemle sentezlenmiştir. Hazırlanan katalizörlerin karakterizasyonu SEM, XRF, FTIR ve BET ile yapılmıştır. 2-MN'den yüksek seçimlilikte 2,6 DMN üretimi amaçlanmıştır. 2-MN'den 2,6 DMN üretimi metanol ile metillenerek üretilmiştir. Deneysel çalışmalarda kullanılmak üzere sentezlenen katalizörler sabit yatak gaz/katı katalitik reaktör sisteminde 3 farklı akış hızı ve 3 farklı sıcaklıkta test edilmiştir. Deneyler sonucunda elde edilen sıvı ürünler GC-MS yardımıyla analizlenmiştir. 2-MN dönüşümüne, 2,6-DMN verimine, 2,6-DMN seçimliliğine, 2,6-DMN/2,7-DMN oranına sıcaklığın, boşluk hızının (weight hourly space velocity-WHSV), metal/bimetal nanopartikül miktarının etkisine bakılmıştır. Hazırlanan katalizörler üzerinde 2-MN'nin metilasyonu sonucu 2,6-DMN üretimi gerçekleştirilmiştir. GC-MS analizlerinden elde edilen sonuçlara göre 2,6-DMN'in yanında birçok izomerinin de reaksion sonucu üretilmektedir. Bunlardan önemli olan 2,7-DMN de üretilmektedir. Metanol dönüşümünün tüm katalizörlerde yüksek sıcaklıklarda %97–100 seviyelerinde gerçekleştiği; 2-MN dönüşümünün ise özellikle 450 °C ve WHSV-1 koşullarında en yüksek değerlere ulaştığı gözlemlenmiştir. 500 °C sıcaklık genel olarak toplam DMN verimi açısından en uygun koşul sağlarken, 2,6-DMN seçimliliği için 450 °C'nin daha etkili olduğu belirlenmiştir. Seçimlilik analizlerinde, H-MOR-Pellet ve D-MOR-Pellet katalizörleri referans olarak en yüksek yüzey alanı ve kristal stabilite göstermiştir. Bimetal yüklemeli NiCoBMNP/MOR-Pellet-C ve CoPdBMNP/MOR-Pellet-C katalizörleri ise 2,6-DMN seçimliliği açısından başarılı sonuçlar vermiştir. NiNP/MOR-Pellet-C katalizörü 450 °C'de WHSV-1 koşulunda %18,37 ile en yüksek seçimliliği sağlamıştır. Buna karşın Ni(2)NP/MOR-Pellet-C ve CoPd(2)BMNP/MOR-Pellet-C katalizörleri, yapısal bozulmalar nedeniyle düşük verim ve etkinlik göstermiştir. Sonuç olarak, katalizör performansı sıcaklık, WHSV, metal tipi ve yükleme miktarına oldukça duyarlıdır. 2,6-DMN seçimliliğini artırmak için katalizörün yapısal özellikleri ve sentez koşulları dikkatle optimize edilmelidir. H-MOR-Pellet, NiNP/MOR-Pellet-C ve NiCoBMNP/MOR-Pellet-C katalizörleri, dönüşüm, verim ve seçicilik bakımından en başarılı sistemler olarak öne çıkmıştır.
Özet (Çeviri)
2,6-Dimethylnaphthalene (2,6-DMN) is an important compound used in the production of polyethylene naphthalate (PEN). PEN is a new alternative to polyethylene terephthalate (PET) and has superior properties compared to PET. Despite having significantly better physical and chemical properties than PET, PEN is not yet commercially produced. The main reason for this is the inability to produce 2,6-DMN with the desired high selectivity for 2,6-naphthalene dicarboxylate (2,6-NDC) production and the need for developing a catalyst that provides high conversion. In this study, the effect of metal/bimetal nanoparticle (NP)-loaded zeolite catalysts on the production of 2,6-DMN from 2-methylnaphthalene (2-MN) was investigated. During catalyst preparation, Pd, Ni, and Co metals, as well as Pd/Ni, Pd/Co, and Ni/Co bimetal NPs, were synthesized on Mordenite zeolite using a novel method. The prepared catalysts were characterized using SEM, XRF, FTIR, and BET analyses. The primary objective was to achieve high-selectivity production of 2,6-DMN from 2-MN. The conversion of 2-MN to 2,6-DMN was performed via methylation with methanol. The synthesized catalysts were tested in a fixed-bed gas/solid catalytic reactor system at three different flow rates and three different temperatures. The liquid products obtained from the experiments were analyzed using GC-MS. The effects of temperature, weight hourly space velocity (WHSV), and metal/bimetal NP loading on 2-MN conversion, 2,6-DMN yield, 2,6-DMN selectivity, and the 2,6-DMN/2,7-DMN ratio were evaluated. The methylation of 2-methylnaphthalene (2-MN) over the synthesized catalysts resulted in the formation of 2,6-dimethylnaphthalene (2,6-DMN). GC-MS analyses showed that, alongside 2,6-DMN, several positional isomers were also generated—most notably 2,7-DMN. Catalytic performance was evaluated by varying reaction temperature (400–450–500 °C) and weight hourly space velocity (WHSV: 1–2–3 h⁻¹). Methanol conversion was observed to reach 97–100% across all catalysts at elevated temperatures, whereas 2-MN conversion peaked under 450 °C and WHSV-1 conditions. Although 500 °C generally provided optimal conditions for total DMN yield, 450 °C was found to be more favorable for enhancing 2,6-DMN selectivity. In selectivity analyses, H-MOR-Pellet and D-MOR-Pellet catalysts demonstrated the highest surface area and crystalline stability among the samples, serving effectively as reference materials. Among the metal-loaded systems, NiCoBMNP/MOR-Pellet-C and CoPdBMNP/MOR-Pellet-C catalysts exhibited superior performance in terms of 2,6-DMN selectivity. Specifically, NiNP/MOR-Pellet-C achieved the highest 2,6-DMN selectivity of 18.37% at 450 °C under WHSV-1 conditions. In contrast, Ni(2)NP/MOR-Pellet-C and CoPd(2)BMNP/MOR-Pellet-C showed poor catalytic activity and low yields, likely due to structural degradation caused by excessive metal loading. In conclusion, catalyst performance was found to be highly dependent on temperature, WHSV, metal type, and loading concentration. Optimization of both the structural properties and synthesis parameters is crucial for maximizing 2,6-DMN selectivity. Among the tested materials, H-MOR-Pellet, NiNP/MOR-Pellet-C, and NiCoBMNP/MOR-Pellet-C emerged as the most effective systems in terms of conversion efficiency, product yield, and selectivity.
Benzer Tezler
- Kömür katranı naftalin yağı fraksiyonunun meilasyonuna metal-beta ve metal-mordenit katalizörlerinin etkisi
Effect of metal-beta and metal-mordenitr catalysts on methylation of coal tar naphtalene oil fraction
AYSUN ÖZEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KARADUMAN
- Metal yüklü MCM-41 ve beta zeolit katalizörler kullanılarak 2-metilnaftalinden dimetilnaftalinlerin sentezlenmesi
Synthesis of dimethynaphthaneles from 2-methylnaphthalene using metal loaded MCM-41 and beta zeolite catalysts
FATİH GÜLEÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KARADUMAN
- Perhalonitrobutadienlerden s- ve n-, s-sübstitüe tiyoeterlerin sentezi
The synthesis of s- and n-, s-substituted thioethers from perhalonitrobutadienes
YASEMİN ÖZDAMAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Kimyaİstanbul ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SERDAR GÖKŞİN AYDINLI
- Karanfil bitkisinde (Syzygium aromaticum) uçucu bileşenlerin ve eser elementlerin analizi
Analysis of volatile components and trace elements in clove plant (Syzygium aromaticum)
KADİR KERDİĞE
- Yeni bisaril-naftalimit ve bisaril-7H-benzimidazo[2,1 a]benz[de]izokinolin-7-on türevlerinin sentezi ve fotokromik/floresans özelliklerinin araştırılması
Synthesis of new bisaryl-naphthylamide and bisaryl 7H-benzimidazo[2,1-a]benz[de]isoquinolin-7-one derivatives and investigation of their photochromic/fluorescence properties
TOLGA YAZAN