Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Conversion of glucose into 5-hydroxymethylfurfural using carbon/silica nanocomposite–supported niobium catalysts
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.2019.575
Abstract
งานวิจัยนี้ศึกษาการสังเคราะห์ 5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟิวรัล (HMF) จากกลูโคสในระบบตัวทำละลาย 2 วัฏภาค (biphasic system) วัฏภาคหนึ่งเป็นน้ำซึ่งอิ่มตัวด้วยโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) และอีกวัฏภาคคือเตตระไฮโดรฟิวแรน (THF) ซึ่งเป็นตัวทำละลายอินทรีย์ โดยใช้ไนโอเบียมรองรับด้วยเฮกซะกอนอลมีโซพอรัสซิลิกา (Nb/HMS) และมีโซพอรัสคาร์บอน/ซิลิกานาโนคอมพอสิต (Nb/MCS) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ทำการศึกษาสมบัติทางกายภาพและเคมีของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้ด้วยเทคนิคต่างๆ จากการศึกษาพบว่า Nb/MCS มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูง (ประมาณ 400 ตารางเมตรต่อกรัม) และมีขนาดรูพรุนน้อยกว่า 2 นาโนเมตร อีกทั้งยังแสดงสมบัติเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งชนิดกรด Nb/MCS มีสมบัติความเป็นกรดสูงกว่า Nb/HMS เนื่องจากพื้นผิวของตัวรองรับ MCS มีหมู่ฟังก์ชันของออกซิเจน ได้แก่ หมู่ไฮดรอกซิล (-OH) และหมู่คาร์บอกซิล (-COOH) ซึ่งมีสมบัติเป็นกรดบรอนสเตด อีกทั้งการมีคาร์บอนในโครงสร้างของ MCS ส่งผลให้ Nb/MCS มีความชอบน้ำลดลง และศึกษาปัจจัยต่างๆ ที่มีผลต่อการเปลี่ยนของกลูโคสไปเป็น HMF ได้แก่ ชนิดของตัวรองรับ, ปริมาณไนโอเบียมบนตัวรองรับ, อุณหภูมิและเวลาในการทำปฏิกิริยา และปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา จากการศึกษาพบว่า Nb/MCS มีสมรรถนะเชิงเร่งดีกว่า Nb/HMS เนื่องจาก Nb/MCS มีสภาพกรดที่เหมาะสมกว่า อีกทั้งความไม่ชอบน้ำของตัวรองรับ MCS สามารถช่วยยับยั้งการเกิดปฏิกิริยารีไฮเดรชันของ HMF เปลี่ยนไปเป็นผลิตภัณฑ์พลอยได้อื่น ๆ เช่น ฮิวมิน เป็นต้น และ Nb/MCS ที่มีปริมาณไนโอเบียมบนตัวรองรับร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก (10 wt% Nb/MCS) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุดในการสังเคราะห์ HMF จากกลูโคส โดยให้การเปลี่ยนของกลูโคสร้อยละ 93.2 โดยโมล และผลได้ของ HMF ร้อยละ 57.5 โดยโมล เมื่อใช้ภาวะที่เหมาะสมคือ ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา 0.018 กรัม, อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยา 190 องศาเซลเซียส และเวลาในการทำปฏิกิริยา 1 ชั่วโมง
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
This work studied the synthesis of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) from glucose in biphasic solvent system using water saturated with sodium chloride as aqueous phase and tetrahydrofuran as organic phase by using niobium supported on hexagonal mesoporous silica (Nb/HMS) and mesoporous carbon/silica nanocomposite (Nb/MCS) as catalysts. The catalysts were characterized for their physicochemical properties by using various techniques. The results showed that Nb/MCS had high BET specific surface area around 400 m2/g and BJH pore size less than 2 nm. Moreover, Nb/MCS were solid acid catalysts. The Nb/MCS had acid properties better than Nb/HMS due to the presence of oxygen-functional groups (–COOH and –OH) on the carbon phase of MCS, which contributed some Brønsted acidity. Moreover, the carbon presenting in MCS improved hydrophobicity of catalyst. The effects of support type, Nb loading, reaction temperature, reaction time and catalyst amount on the glucose conversion and the HMF yield were also investigated. The results showed that Nb/MCS had catalytic performance better than Nb/HMS owing to inhibition of inhibited rehydration of HMF to other by products such as humins. Under the optimum reaction conditions, the highest HMF yield of 57.5 % was achieved at 93.2 % glucose conversion over 10 wt% Nb/MCS when the reaction was carried out at 0.018 g catalyst loading, 190 ◦C and 1 h.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
คุ้มโห้, รุจีลักษณ์, "การเปลี่ยนกลูโคสเป็น 5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟิวรัลโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาไนโอเบียมรองรับด้วยคาร์บอน/ซิลิกานาโนคอมพอสิต" (2019). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 8951.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/8951