การสังเคราะห์ 5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟิวรัลจากกลูโคสโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์ HUSY

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Synthesis of 5-hydroxymethylfurfural from glucose using husy zeolite catalysts

Author

พิมลพรรณ เล็กสมบูรณ์, คณะวิทยาศาสตร์

Year (A.D.)

2019

Document Type

Thesis

First Advisor

ชวลิต งามจรัสศรีวิชัย

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Department (if any)

Department of Chemical Technology (ภาควิชาเคมีเทคนิค)

Degree Name

วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

เคมีเทคนิค

DOI

10.58837/CHULA.THE.2019.573

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการดัดแปรสภาพกรดของซีโอไลต์ HUSY ผ่านการล้างด้วยสารละลายกรด และศึกษาการสังเคราะห์ 5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟิวรัล (HMF) จากกลูโคสโดยใช้ซีโอไลต์ HUSY เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ในการสังเคราะห์ HMF จากกลูโคสเกิดผ่านปฏิกิริยา 2 ขั้นตอน ได้แก่ ปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชันของกลูโคสเป็นฟรุกโตส และปฏิกิริยาดีไฮเดรชันของฟรุกโตสไปเป็น HMF โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยากรดชนิดลิวอิส และกรดชนิดกรดบรอนสเตดตามลำดับ จากการศึกษาสมบัติทางกายภาพและเคมีของซีโอไลต์ HUSY พบว่าซีโอไลต์ HUSY ที่ผ่านการดัดแปรสภาพกรดมีปริมาณอะลูมิเนียมลดลง พร้อมกับเกิดการสูญเสียโครงสร้างผลึกซีโอไลต์ จากการศึกษาหมู่ฟังก์ชันพบว่าซีโอไลต์ HUSY ที่ผ่านการแปรสภาพกรดมีหมู่ฟังก์ชันหมู่ไฮดรอกซิลของตำแหน่งกรดชนิดบรอนสเตดและกรดชนิดลิวอิสที่เปลี่ยนแปลงไป และจากการศึกษาสภาพกรดของซีโอไลต์ HUSY ที่ผ่านการแปรสภาพกรด พบว่ามีแนวโน้มของปริมาณกรดรวมลดลง ขณะที่สัดส่วนของปริมาณตำแหน่งกรดแก่มีแนวโน้มเพิ่มขึ้น และปริมาณตำแหน่งกรดชนิดบรอนสเตดและกรดชนิดลิวอิสมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น ในการสังเคราะห์ HMF จากกลูโคส พบว่าการเปลี่ยนกลูโคสมีความสัมพันธ์กับปริมาณตำแหน่งกรดแก่ในตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์ HUSY และผลได้ของ HMF มีความสัมพันธ์กับสัดส่วนระหว่างปริมาณตำแหน่งตำแหน่งกรดชนิดบรอนสเตดกับกรดชนิดลิวอิส (สัดส่วน B/L) ซึ่งพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์ HUSY-0.1N-80 ที่มีสัดส่วน B/L เท่ากับ 3.17 ทำให้ได้ผลได้ของ HMF สูงที่สุด และสภาวะการสังเคราะห์ HMF พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์ HUSY-0.1N-80 ปริมาณ 0.25 กรัม สังเคราะห์ที่อุณหภูมิ 170 องศาเซลเซียสเป็นระยะเวลา 60 นาที เป็นสภาวะที่เหมาะสมที่สุด โดยมีการเปลี่ยนของกลูโคส และผลได้ของ HMF เท่ากับ 99.6% และ 65.6% ตามลำดับ

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

This research modified the acid properties of the commercial HUSY zeolite by acid leaching under different conditions, and then applied the acid-treated zeolites in the conversion of glucose into HMF. Direct synthesis of HMF from glucose requires 2 acid functions, i.e. Lewis and Brønsted acidity, which sequentially promote isomerization of glucose to fructose and dehydration of fructose to HMF. The physicochemical properties of catalysts were studied by various techniques. The acid-treated HUSY zeolite obtained lost their crystallinity concomitantly with a decrease in the aluminum content. Moreover, the hydroxyl group of Brønsted and Lewis acid, bridging hydroxyl group and extra-framework aluminium species (EFAl), were changed. Although, the total acid trended to decreased by acid leaching process, but it enhanced the proportion of strong acid sites. In addition, the amount of Brønsted and Lewis acid were increased in the acid-treated HUSY zeolites. For glucose conversion to HMF, an increasing of strong acid sites promoted the glucose conversion. To obtain a high HMF yield, a suitable total acidity and Brønsted/Lewis acidity ratio (B/L ratio) are needed to be optimized on catalyst surface. The highest HMF yield of 65.6% was obtained at the glucose conversion of 99.6% by using 0.25 g of HUSY-0.1N-80, which the B/L ratio was 3.17, at 170 ºC for 60 minutes.

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.

Recommended Citation

เล็กสมบูรณ์, พิมลพรรณ, "การสังเคราะห์ 5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟิวรัลจากกลูโคสโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์ HUSY" (2019). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 8949.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/8949