Selective catalytic conversion of cellulose and glucose into sorbitol in subcritical water

Text in English; Abstract: Turkish and English.
Thesis (Master)--Izmir Institute of Technology, Chemical Engineering, Izmir, 2020
Includes bibliographical references (leaves: 55-61)
The goal of this study was to add high value to cellulose as the most abundant source of biomass and glucose by producing a building-block chemical-Sorbitol-, which is not produced in our country and has very large market share. In this manner, the effect of reaction time (1-2 h), catalyst amount (1-2 g) and catalyst type on conversion of cellulose and glucose and yield of sorbitol with presence of various catalysts in subcritical water environment were investigated. The hydrogenation of both glucose and cellulose over Ruthenium based catalysts (Ru/AC, Ru/SiO2, Ru-SBA15 and Ru-SBA15/SO3), using a high pressure-high temperature reactor (Parr 5500 High Pressure Compact Reactor) at a reaction pressure of 5 bar and reaction temperature of 150°C were studied. Ruthenium based catalysts were prepared by wet impregnation method. The synthesized Ru based catalysts with various metal based were characterized by various characterization tools such as Scanning Electron Microscope (SEM), Fouirer Transform Infrared Spektrofotometre (FT-IR) and Brunauer-Emmett-Teller (BET). The catalytic performances were evaluated in hydrogenation of cellulose and also glucose to produce sorbitol under subcritical water conditions. As a result of these analyzes, the highest sorbitol yield and cellulose conversion were found to be 234.98 ppm and 28.64%, respectively for 2 gram of Ru-SiO2 catalyst for 2 hours. For glucose conversion, the catalyst of Ru-SBA15/SO3 showed better catalytic performance than other catalysts.
Bu çalışmanın amacı, ülkemizde üretilmeyen ve çok büyük pazar payına sahip bir kimyasal yapı taşı olan sorbitol üreterek, en çok bulunan biyokütle kaynağı olan selüloza ve glikoza yüksek değer katmaktır. Bu şekilde, reaksiyon süresi (1-2 saat), katalizör miktarı (1-2 gram) ve katalizör tipinin selülozun ve glikozun dönüşümü ve sorbitol veriminin kritik altı su ortamında çeşitli katalizörlerin varlığı üzerindeki etkisi araştırıldı. Hem glikoz hem de selülozun hidrojenasyonu Rutenyum bazlı katalizörler üzerinde (Ru/AC, Ru/SiO2, Ru-SBA15 and Ru-SBA15/SO3), yüksek basınç-yüksek sıcaklık reaktörü kullanarak (Parr 5500 Yüksek Basınçlı Kompakt Reaktör) 5 bar reaksiyon basıncında ve 150°C reaksiyon sıcaklığında çalışıldı. Rutenyum bazlı katalizörler ıslak emprenye yöntemi ile hazırlandı. Çeşitli metaller ile sentezlenmiş Ru bazlı katalizörler, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR) ve Brunauer-Emmett-Teller (BET) gibi çeşitli karakterizasyon araçları ile karakterize edildi. Katalitik performanslar, kritik altı su koşulları altında sorbitol üretmek için selüloz ve ayrıca glikozun hidrojenasyonunda değerlendirildi. Bu analizler sonucunda, en yüksek sorbitol verimi ve selüloz dönüşümü 2 saat boyunca 2 gram Ru-Si02 katalizörü için sırasıyla 234.98 ppm ve 28.64% olduğu bulunmuştur. Glikoz dönüşümü için Ru-SBA15/SO3 katalizörü, diğer katalizörlerden daha iyi katalitik performans gösterdi.