A GAMMA-VALEROLAKTON ELŐÁLLÍTÁSA

Átírás

1 A GAMMA-VALEROLAKTON ELŐÁLLÍTÁSA A LEVULINSAV KATALITIKUS HIDROGÉNEZÉSÉVEL Strádi Andrea ELTE TTK Környezettudomány MSc II. Témavezető: Mika László Tamás ELTE TTK Kémiai Intézet ELTE TTK, Környezettudományi Kari TDK Konferencia Budapest, november 26.

2 Tartalomjegyzék 1. Miért jelent kihívást a fosszilis nyersanyagok kiváltása? 2. Fenntartható alapanyag: a gamma-valerolakton (GVL) 3. A GVL előállítása irodalmi és saját kísérletek alapján 4. Összehasonlító eredmények bemutatása 5. Konklúziók és további céljaim összefoglalása

3 1. Fosszilis nyersanyagok Kőszén Kőolaj Földgáz Fűtés, melegítés Elektromos áram Acetilén Dízel üzemanyag Tüzelő- és üzemanyag Elektromos áram Alkánok, alkének Oldószerek Szigetelés, útépítés segédanyagai Gyógyszerészeti, kozmetikai alapanyagok Elektromos áram Fűtés, melegítés, főzés Ammónia Hidrogén gáz Hátrányaik: környezetszennyezés, nem megújuló források, a lelőhelyek eloszlása térben egyenetlen, tűz- és robbanásveszély

4 A szénhidrátokból előállítható alapanyagok Nem ehetõ szénhidrát H 2 O Felhasználók CO 2 + H 2 O Természet HOCH 2 O HMF O CHO H 2 O HCOOH Szerves termékek O Levulinsav OH H 2 H 2 O CO 2 Ipar Alkánok H 2 O H 2 OH H 2 O GVL O O THF H 2 O OH 1,4 pentándiol MEHDI, H.; FÁBOS, V.; TUBA, R.; BODOR, A.; MIKA, L. T.; HORVÁTH, I. T.; Topics in Catalysis, 2008

5 3. A GVL előállítása Nem ehető szénhidrátok (pl. mezőgazdasági hulladék) I. T. HORVATH P. T. ANASTAS, Chem. Rev., katalizátor + H 2 H 3 C + H 2 O Levulinsav H. A. SHCUTTE R. W. THOMAS, J.Am. Chem. Soc., 1930 GVL Vegyipar Energetikai ipar

6 2. Fenntartható alapanyag: GVL Megújuló forrásból származik Nem mérgező Környezetben lebomlik Vízzel nem képez azeotróp elegyet Biztonságosan tárolható, szállítható Felismerhető, de nem kellemetlen illatú H 3 C Gamma-valerolakton (GVL) HORVÁTH et al., Green Chemistry, 2008 Felhasználása sokoldalú: Átalakítás alkánokká (DUMESIC et al., Science, 2010) Ionos folyadék (FEGYVERNEKI et al., Tetrahedron, 2009) Üzemanyag (HORVÁTH el al., Green Chemistry, 2008) Gyújtófolyadék (Szabadalom: WO 2009/136213A1)

7 3.1 Irodalmi adatok alapján: 3. A GVL előállítása 1. Klasszikus katalitikus hidrogénezés (MEHDI et al., Top. Catal., 2008) Katalizátor p (bar) T ( C) t (óra) konverzió Ru(acac) 3 +TPPTS % Ru(acac) 3 +PBu 3 +NH 4 PF >99.9% 100% szelektivitás! 2. Transzfer hidrogénezés (FÁBOS, Doktori értekezés, ELTE TTK, 2009) Katalizátor T ( C) t (óra) konverzió Shvokatalizátor >99.9%

8 3. A GVL előállítása 3. 2 Saját munka: homogén katalitikus hidrogénezés Katalizátorok: - Shvo-katalizátor: Y. SHVO et al., J. Am. Chem. Soc., 1986 Prekurzor Aktív katalizátor - Ru(acac) 3 + Vízoldható foszfinok: R = CH 3 C 4 H 9 C 5 H 10 DPPS TPPTS

9 3. A GVL előállítása 3. 2 Saját munka: homogén katalitikus hidrogénezés Kísérlet leírása: Levulinsav + katalizátor Zöldkémia: Megújuló alapanyagból Oldószer nélkül Szelektív katalizátorral Melléktermék-mentesen Zöld termék előállítása P. T. ANASTAS J. C. WARNER, Green Chemistry: Theory and Practice, 1998 Hasteloy-C Parr reaktor

10 Összehasonlító táblázat: 4. Eredmények n(la)/n(ru) Katalizátor T ( C) t (óra) p (bar) Κ Transzfer hidrogénezés (FÁBOS) 6411 Shvo % 6411 Shvo >99.9% 6411 Shvo % 6411 Shvo (k.) 96% 6411 Ru(acac) 3 +TPPTS (k.) 1% Katalitikus hidrogénezés (MEHDI) 6411 Ru(acac) 3 +TPPTS (k.) 11% 2365 Ru(acac) 3 +TPPTS % 2365 Ru(acac) 3 +Me 2 P(C 6 H 4 SO 3 Na) >99.9% Ru(acac) 3 +Me 2 P(C 6 H 4 SO 3 Na) Ru(acac) 3 +Me 2 P(C 6 H 4 SO 3 Na) 140 4, % 140 4,5 140 (k.) >99.9%

11 5. Konklúziók, további célok 1. Az irodalomból megismert Shvo-katalizátor mind a klasszikus homogén katalitikus ill. a transzfer hidrogénezéssel történő GVL előállítás során megfelelően effektív, alacsony nyomás és n(la)/n(ru) arány mellett alkalmazható 2. Jó kitermelés érhető el vízoldható foszfinnal módosított Ru(acac) 3 tal, de magasabb hőmérsékleten és hidrogén-nyomáson, nagyobb katalizátor aránnyal, mint a Shvo-katalizátor esetében A továbbiakban érdemes: 1. A Me 2 P(C 6 H 4 SO 3 Na) alkalmazásával az elérhető legalacsonyabbra csökkenteni a reakcióidőt (energiatakarékosság) 2. Más vízoldható foszfinnal is megismételni a reakciókat 3. A konverzió és a szelektivitás ph-függését megvizsgálni 4. A katalizátorok előállítási költségeinek összehasonlító elemzését elvégezni

12 Köszönettel tartozom Mika László Tamásnak Horváth István Tamásnak Dibó Gábornak Fábos Viktóriának A HIT-TEAM többi tagjának Az OTKA-nak Valamint a figyelmes hallgatóságnak!