2-metil naftalin'den 2,6-dimetil naftalin üretimine metal/bimetal nanopartikül yüklü mordenit katalizörünün etkisi

Abstract

Polietilen naftalat (PEN)'in üretiminde kullanılan 2,6-Dimetil naftalin (2,6-DMN) önemli bir birleşiktir. PEN, Polietilen tereftalat (PET) yerine kullanılabilecek yeni bir alternatif ve özellikleri PET'den daha iyidir. PEN, PET'ten çok daha iyi fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olmasına rağmen ticari boyutta üretilememektedir. Bunun sebebi 2,6-NDC üretimi için gerekli olan 2,6-DMN'in istenilen yüksek seçimlilikte üretilememesi ve yüksek dönüşümde ürün veren katalizör geliştirilmemesidir. Çalışma kapsamında, 2-metil naftalin (2-MN)'den 2,6-DMN üretimine, metal/bimetal nanopartikül (NP) yüklü zeolit katalizörlerin etkisinin araştırılmıştır. Katalizör hazırlanırken Mordenit zeolitinin üzerine Pd, Ni, Co metal ve Pd/Ni, Pd/Co ve Ni/Co bimetal NP'leri yeni bir yöntemle sentezlenmiştir. Hazırlanan katalizörlerin karakterizasyonu SEM, XRF, FTIR ve BET ile yapılmıştır. 2-MN'den yüksek seçimlilikte 2,6 DMN üretimi amaçlanmıştır. 2-MN'den 2,6 DMN üretimi metanol ile metillenerek üretilmiştir. Deneysel çalışmalarda kullanılmak üzere sentezlenen katalizörler sabit yatak gaz/katı katalitik reaktör sisteminde 3 farklı akış hızı ve 3 farklı sıcaklıkta test edilmiştir. Deneyler sonucunda elde edilen sıvı ürünler GC-MS yardımıyla analizlenmiştir. 2-MN dönüşümüne, 2,6-DMN verimine, 2,6-DMN seçimliliğine, 2,6-DMN/2,7-DMN oranına sıcaklığın, boşluk hızının (weight hourly space velocity-WHSV), metal/bimetal nanopartikül miktarının etkisine bakılmıştır. Hazırlanan katalizörler üzerinde 2-MN'nin metilasyonu sonucu 2,6-DMN üretimi gerçekleştirilmiştir. GC-MS analizlerinden elde edilen sonuçlara göre 2,6-DMN'in yanında birçok izomerinin de reaksion sonucu üretilmektedir. Bunlardan önemli olan 2,7-DMN de üretilmektedir. Metanol dönüşümünün tüm katalizörlerde yüksek sıcaklıklarda %97–100 seviyelerinde gerçekleştiği; 2-MN dönüşümünün ise özellikle 450 °C ve WHSV-1 koşullarında en yüksek değerlere ulaştığı gözlemlenmiştir. 500 °C sıcaklık genel olarak toplam DMN verimi açısından en uygun koşul sağlarken, 2,6-DMN seçimliliği için 450 °C'nin daha etkili olduğu belirlenmiştir. Seçimlilik analizlerinde, H-MOR-Pellet ve D-MOR-Pellet katalizörleri referans olarak en yüksek yüzey alanı ve kristal stabilite göstermiştir. Bimetal yüklemeli NiCoBMNP/MOR-Pellet-C ve CoPdBMNP/MOR-Pellet-C katalizörleri ise 2,6-DMN seçimliliği açısından başarılı sonuçlar vermiştir. NiNP/MOR-Pellet-C katalizörü 450 °C'de WHSV-1 koşulunda %18,37 ile en yüksek seçimliliği sağlamıştır. Buna karşın Ni(2)NP/MOR-Pellet-C ve CoPd(2)BMNP/MOR-Pellet-C katalizörleri, yapısal bozulmalar nedeniyle düşük verim ve etkinlik göstermiştir. Sonuç olarak, katalizör performansı sıcaklık, WHSV, metal tipi ve yükleme miktarına oldukça duyarlıdır. 2,6-DMN seçimliliğini artırmak için katalizörün yapısal özellikleri ve sentez koşulları dikkatle optimize edilmelidir. H-MOR-Pellet, NiNP/MOR-Pellet-C ve NiCoBMNP/MOR-Pellet-C katalizörleri, dönüşüm, verim ve seçicilik bakımından en başarılı sistemler olarak öne çıkmıştır.