Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
เอสเทอริฟิเคชันแบบเลือกจำเพาะของกลีเซอรอลกับกรดโอเลอิกโดยใช้กรดทังสโตฟอสฟอริกรองรับด้วยมีโซพอรัสซิลิกาที่เติมหมู่ฟังก์ชัน
Year (A.D.)
2017
Document Type
Thesis
First Advisor
Wipark Anutrasakda
Second Advisor
Duangamol Tungasmita
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Department (if any)
Department of Chemistry (ภาควิชาเคมี)
Degree Name
Master of Science
Degree Level
Master's Degree
Degree Discipline
Chemistry
DOI
10.58837/CHULA.THE.2017.117
Abstract
A series of protonated amine-functionalized SBA-15 materials was successfully prepared. Each sample of mesoporous SBA-15 was first functionalized with each of the three types of amino-organosilanes: APTES (N), AAPTMS (NN), and DETTMS (NNN). Each of the resulting materials was then protonated with Keggin-type tungstophosphoric acid (HPW) at two different concentrations: 20 wt.% (H20) and 40 wt.% (H40). The six types of materials obtained were labelled as S-N1-H20, S-N1-H40, S-NN1-H20, S-NN1-H40, S-NNN1-H20, and S-NNN1-H40. The materials were fully characterized by XRD, N2 adsorption-desorption, FT-IR, SEM/EDX, TEM, and elemental analysis. The characterization results show that the synthesized materials exhibited highly ordered hexagonal mesoporous rope-like structure, indicating that the structure of the SBA-15 support was preserved after the modification with amino-organosilanes and HPW. The surface area, pore diameters, and acidity of the synthesized materials were in the range of 55 to 299 m2 g-1, 6.18 to 7.05 nm, and 0.18 to 0.49 mmole g-1, respectively. The synthesized materials were tested as catalysts for the esterification of glycerol with oleic acid to produce monoolein using a glycerol/oleic acid molar ratio of 4:1 at 160 °C for 3 h and with 2.5 wt.% of catalyst loading. The results indicate that the conversion of oleic acid and the yield of monoolein were influenced by the acidity and pore characteristics of the catalysts. In particular, S-NN1-H40 exhibited the highest oleic acid conversion (95%) and monoolein yield (56%). Functionalizing SBA-15 with aminosilanes prior to HPW addition was also found to enhance the distribution of HPW throughout the support and, in turn, improved the catalytic efficiency. The best-performing catalyst in this study, S-NN1-H40, also exhibited good reusability whereby no significant loss in catalytic activity was observed for at least six catalytic cycles. The kinetics of the esterification catalyzed by S-NN1-H40 was first order with an activation energy of 35.45 kJ mol-1.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
ในงานวิจัยนี้ กลุ่มของวัสดุเมโซพอรัสซิลิกาชนิดเอสบีเอ 15 ที่ถูกเติมหมู่ฟังก์ชันเอมีนแล้วทำให้เป็นกรดถูกสังเคราะห์ขึ้นสำเร็จ โดยวัสดุเมโซพอรัสซิลิกาชนิดเอสบีเอ 15 ถูกเติมหมู่ฟังก์ชันด้วยสารประกอบไซเลนที่มีหมู่ฟังก์ชันเอมีนสามชนิด คือ APTES (N) AAPTMS (NN) และ DETTMS (NNN) จากนั้นวัสดุหลังเติมหมู่ฟังก์ชันถูกทำให้เป็นกรดด้วยกรดทังสโตฟอสฟอริกซึ่งมีโครงสร้างแบบเคกกิ้นที่สองความเข้มข้นคือร้อยละ 20 โดยน้ำหนัก (H20) และร้อยละ 40 โดยน้ำหนัก (H40) วัสดุที่สังเคราะห์ได้ทั้งหกชนิดจะถูกเรียกแทนด้วย S-N1-H20 S-N1-H40 S-NN1-H20 S-NN1-H40 S-NNN1-H20 และ S-NNN1-H40 วัสดุเหล่านี้ได้รับการพิสูจน์เอกลักษณ์ด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ เทคนิคการตรวจวัดพื้นที่ผิวและความมีรูพรุน เทคนิคอินฟราเรด กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์วิเคราะห์ธาตุเชิงพลังงาน กล้องจุลทรรศน์แบบส่องผ่าน และเทคนิคการวิเคราะห์หาองค์ประกอบธาตุ ผลการวิเคราะห์พบว่าวัสดุที่สังเคราะห์ได้ยังคงมีความเป็นรูพรุนแบบเมโซชนิดหกเหลี่ยมค่อนข้างสูงและลักษณะภายนอกของวัสดุมีรูปร่างคล้ายเกลียวเชือก บ่งชี้ได้ว่าโครงสร้างหลักของวัสดุรองรับเอสบีเอ 15 ยังคงถูกรักษาไว้ภายหลังการดัดแปรพื้นผิวด้วยสารประกอบไซเลนที่มีหมู่ฟังก์ชันเอมีน และกรดทังสโตฟอสฟอริก วัสดุที่สังเคราะห์ได้มีพื้นที่ผิว ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของรูพรุน และความเป็นกรดอยู่ในช่วง 55 ถึง 299 ตารางเมตรต่อกรัม 6.18 ถึง 7.05 นาโนเมตร และ 0.18 ถึง 0.49 มิลลิโมลต่อกรัม ตามลำดับ วัสดุที่สังเคราะห์ได้ถูกทดสอบการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันของกลีเซอรอลกับกรดโอเลอิกเพื่อสังเคราะห์มอนอโอเลอินโดยใช้กลีเซอรอลต่อกรดโอเลอิกในอัตราส่วน 4 ต่อ 1 โดยโมลที่อุณหภูมิ 160 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 3 ชั่วโมงและเติมตัวเร่งปฏิกิริยาร้อยละ 2.5 โดยน้ำหนัก ผลจากการทดลองบ่งชี้ว่าทั้งความเป็นกรดและลักษณะเฉพาะของรูพรุนของตัวเร่งปฏิกิริยามีผลต่อการเปลี่ยนกรดโอเลอิกและการให้ผลผลิตมอนอโอเลอิน ซึ่งตัวเร่งปฏิกิริยา S-NN1-H40 แสดงประสิทธิภาพสูงที่สุดโดยให้ค่าการเปลี่ยนกรดโอเลอิก ร้อยละ 95 และให้ผลผลิตมอนอโอเลอิน ร้อยละ 56 นอกจากนั้นพบว่าการเติมหมู่ฟังก์ชันเอมีนบนวัสดุรองรับเอสบีเอ 15 ก่อนการเติมกรดทังสโตฟอสฟอริกช่วยเพิ่มการกระจายตัวของกรดทังสโตฟอสฟอริกบนวัสดุรองรับซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้น ตัวเร่งปฏิกิริยา S-NN1-H40 ซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพที่สุดในงานวิจัยนี้สามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้อย่างน้อย 6 ครั้งโดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาอย่างมีนัยสำคัญ การศึกษาจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันที่เร่งปฏิกิริยาด้วย S-NN1-H40 พบว่าเป็นปฏิกิริยาอันดับหนึ่งและมีค่าพลังงานก่อกัมมันต์เท่ากับ 35.45 กิโลจูลต่อโมล
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Ratchadapiban, Kullatida, "Selective esterification of glycerol with oleic acid using tungstophosphoric acid supported on functionalized mesoporous silica" (2017). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 607.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/607