Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Decarboxylation of fatty acids using metal/ionic liquid catalysts
Year (A.D.)
2022
Document Type
Thesis
First Advisor
ธีรยุทธ วิไลวัลย์
Second Advisor
ดวงกมล ตุงคะสมิต
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Degree Name
วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
ปิโตรเคมีและวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์
DOI
10.58837/CHULA.THE.2022.1121
Abstract
การลดลงของทรัพยากรปิโตรเลียมและความกังวลเกี่ยวกับปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากการใช้พลังงานมากเกินไปกระตุ้นให้เกิดการค้นหาแหล่งพลังงานทางเลือกอื่น แนวทางแก้ปัญหาหนึ่งคือชีวมวลที่สามารถพบได้ทั่วไปในซากพืชและสัตว์ กรดไขมันเป็นส่วนประกอบของชีวมวลที่เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจในฐานะแหล่งพลังงานหมุนเวียนเนื่องจากสามารถเปลี่ยนโครงสร้างให้กลายเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนสายยาวได้ผ่านปฏิกิริยาดีคาร์บอกซิเลชัน อย่างไรก็ตาม ดีคาร์บอกซิเลชันของกรดไขมันไปเป็นแอลเคนต้องใช้พลังงานสูง และมีปัญหาเรื่องประสิทธิภาพและความเลือกจำเพาะต่ำ ในงานวิจัยนี้มุ่งพัฒนาระบบตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพในการทำปฏิกิริยาดีคาร์บอกซิเลชันของกรดไขมันโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียมร่วมกับของเหลวไอออนิก (Pd/IL) โดยได้ศึกษาการเปลี่ยนกรดสเตียริกไปเป็นเอ็น-เฮปตะเดคเคนที่เร่งด้วยแพลเลเดียมในกรณีที่ไม่มีหรือมีของเหลวไอออนิก โดยใช้อัตราส่วนของ กรดสเตียริก:แพลเลเดียม:ของเหลวไอออนิก เท่ากับ 100:1:100 โดยมวลเป็นแบบจำลอง พบว่าการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียมในรูปแบบต่างๆ เพียงอย่างเดียวจะทำให้เกิดปฏิกิริยาดีคาร์บอกซิเลชันได้ไม่ดีที่อุณหภูมิ 300 °C ผลการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคแก๊สโครมาโตกราฟี-เฟลมไอออไนซ์เซชันแสดงให้เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยา Pd(OAc)2 สามารถเปลี่ยนกรดสเตียริกได้เพียง 68.3% และให้ความเลือกจำเพาะต่อการเกิดเฮปตะเดเคนเพียง 2.3% และเมื่อมีของเหลวไอออนิก [BMIM]PF6 อยู่ด้วย โดยค่าการเปลี่ยนเพิ่มขึ้นอย่างมากเป็น 92.7% อีกทั้งความเลือกจำเพาะเพิ่มเป็น 89.5% ภายใต้ภาวะที่เหมาะสม การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียมในรูปอื่น ๆ ร่วมกับของเหลวไอออนิก [BMIM]PF6 หรือการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา Pd(OAc)2 ร่วมกับของเหลวไอออนิกชนิดอื่นๆ พบว่ายังให้ผลลัพธ์ที่ไม่ค่อยดีนัก แต่ในทุกกรณีก็ยังจะให้ค่าการเปลี่ยนและความเลือกจำเพาะที่ดีกว่าการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียมเพียงอย่างเดียว ระบบนี้ไม่จำเป็นต้องทำภายใต้บรรยากาศไฮโดรเจนหรือใช้ตัวทำละลายอื่น ดังนั้นตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียมร่วมกับของเหลวไอออนิกจึงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ที่มีศักยภาพสำหรับการทำปฏิกิริยาดีคาร์บอกซิเลชันของกรดไขมันที่มีประสิทธิภาพสูง
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
The decline of petroleum resources and concerns about environmental issues caused by excessive energy consumption have motivated the search for alternative energy sources. A potential solution for this problem is biomass, which can be found in plant and animal remains. Fatty acids are a component of biomass that is an attractive choice of renewable energy sources because they can be converted to long-chain hydrocarbons via the decarboxylation reaction. However, the decarboxylation of fatty acid to alkanes is energy-intensive and suffers efficiency and selectivity issues. In this research, we aimed to develop new catalysts that can improve the fatty acid decarboxylation efficiency by using the combination of palladium/ionic liquid (Pd/IL) as catalysts. The palladium-catalyzed thermal decarboxylation of stearic acid (SA) to n-heptadecane in the absence or presence of ionic liquid was used as a model reaction at the ratio of SA:Pd:IL = 100:1:100 w/w. In the presence of only the Pd catalysts in various forms, the decarboxylation proceeded poorly at 300 °C. The results from Gas Chromatography-Flame Ionization Detector (GC-FID) analysis demonstrated that the use of Pd(OAc)2 catalyst alone gave only 68.3% conversion of stearic acid with 2.3% selectivity for heptadecane. In the presence of [BMIM]PF6, the conversion substantially increased to 92.7% with 89.5% selectivity under optimized conditions. The combination of other Pd catalysts with [BMIM]PF6 or Pd(OAc)2 with other ionic liquids gave poor results, although in all cases the conversion and selectivity were still better than using the Pd catalyst alone. No H2 atmosphere nor solvents were necessary. Consequently, the Pd-ionic liquid combination is a promising new catalyst system for the decarboxylation of fatty acids with high efficiency.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
เตียรถ์ภัทรดิลก, ดวงกมล, "ดีคาร์บอกซิเลชันของกรดไขมันด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะของเหลวไอออนิก" (2022). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 10480.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/10480