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, 2010. november 26.
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
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
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
3. A GVL előállítása Nem ehető szénhidrátok (pl. mezőgazdasági hulladék) I. T. HORVATH P. T. ANASTAS, Chem. Rev., 2007 + 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
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)
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 70 140 12 95% Ru(acac) 3 +PBu 3 +NH 4 PF 6 100 135 8 >99.9% 100% szelektivitás! 2. Transzfer hidrogénezés (FÁBOS, Doktori értekezés, ELTE TTK, 2009) Katalizátor T ( C) t (óra) konverzió Shvokatalizátor 100 8 >99.9%
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
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
Összehasonlító táblázat: 4. Eredmények n(la)/n(ru) Katalizátor T ( C) t (óra) p (bar) Κ Transzfer hidrogénezés (FÁBOS) 6411 Shvo 100 6 20 50% 6411 Shvo 100 8 - >99.9% 6411 Shvo 100 8 20 80% 6411 Shvo 100 8 20 (k.) 96% 6411 Ru(acac) 3 +TPPTS 100 8 20 (k.) 1% Katalitikus hidrogénezés (MEHDI) 6411 Ru(acac) 3 +TPPTS 140 8 70 (k.) 11% 2365 Ru(acac) 3 +TPPTS 140 12 70 95% 2365 Ru(acac) 3 +Me 2 P(C 6 H 4 SO 3 Na) 140 12 70 >99.9% 2365 2365 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 4,5 70 80% 140 4,5 140 (k.) >99.9%
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
Köszönettel tartozom Mika László Tamásnak Horváth István Tamásnak Dibó Gábornak Fábos Viktóriának A HIT-TEAM többi tagjának Az OTKA-nak Valamint a figyelmes hallgatóságnak!