Production of butyl glucosides by Zr-SBA-15 & SO4/Zr-SBA-15 catalysts

Abstract

The purpose of this study was to develop mesoporous solid acid catalyst for glycosidation reaction of butanol. Therefore, Zr incorporated SBA-15 silica materials with two different amount of zirconia loadings were prepared by hydrothermal synthesis. In addition to them, sulfate modified forms (SO/Zr-SBA-15) were prepared by treating Zr-SBA-15 catalysts in 0.5 M and 1.0 M H2SO4 solutions respectively. These 6 catalysts were tested in the glycosidation of butanol and as product butyl glucosides were produced. The reaction tests were carried out in a 100 ml glass reactor at 117°C. Catalysts properties were determined by different characterization techniques. The analysis showed that mesoporous, acidic catalysts were obtained and zirconium was incorporated into SBA-15 structure. While the surface area and pore diameter decreased by higher zirconium loading and sulfonation, acidity of the catalysts increased. The highest acidity was observed in 1.0 SO/Zr-SBA-15-(1.0) catalyst. The formation of butyl glucosides was determined by HPLC analysis. Results showed that activity of the catalysts were different for the glycosidation reaction of butanol. The highest butyl glucoside yield was obtained with 1.0 SO/Zr-SBA-15-(1.0) catalyst, while the lowest yield was obtained with Zr-SBA-15-(1.0) catalyst. This was attributed to the higher acidity (2.35 mmol NH3/g cat.) and B/L ratio (1.97) of 1.0 SO/Zr-SBA-15-(1.0) catalyst with respect to the others. The reusability tests were performed up to 2 times for the catalyst with the best results. There was no major decrease (7%) in the product yields and this confirmed the stability and reusability of the catalysts.

Bu çalışmanın amacı, bütil glikozit sentezi reaksiyonu için mezogözenekli katı asit katalizörler geliştirmektir. Bunun için; Zr-SBA-15 silika katalizörleri iki farklı miktarda zirkonyanın yapıya dahil edilmesiyle, hidrotermal sentez ile hazırlanmıştır. Bunlara ek olarak, Zr-SBA-15 katalizörlerinin sırasıyla 0.5 M ve 1.0 M H2S04 çözeltilerinde kimyasal işleme tutulmasıyla sülfat modifiye formları (SO/Zr-SBA-15) üretilmiştir. Bu 6 katalizör, bütil glikozit sentezi reaksiyonunda test edilmiş ve ürün olarak bütil glikozitler elde edilmiştir. Reaksiyon testleri, 117 °C'de 100 ml'lik bir cam reaktörde gerçekleştirilmiştir. Katalizörlerin özellikleri, farklı karakterizasyon teknikleri ile belirlenmiştir. Analiz sonuçları, mezogözenekli, asidik katalizörlerin elde edildiğini ve Zr'nin SBA-15 yapısına başarıyla eklendiğini göstermiştir. Daha fazla zirkonyum yüklemesi ve sülfatlama ile yüzey alanı ve gözenek çapı azalırken, katalizörlerin asitliği artmıştır. En yüksek asitlik değeri 1.0 SO/Zr-SBA-15-(1.0) katalizöründe gözlemlenmiştir. Bütil glikozitlerin oluşumu HPLC analizi ile belirlenmiştir. Bütil glikozit sentezi reaksiyonunda test edilen katalizörler farklı aktiviteler göstermiştir. En yüksek bütil glikozit verimi 1.0 SO/Zr-SBA-15-(1.0) katalizörü ile elde edilirken, en düşük verim Zr-SBA-15-(1.0) katalizörü ile elde edilmiştir. Bu durum diğer katalizörlere nispeten 1.0 SO/Zr-SBA-15-(1.0) katalizörünün daha yüksek asitlik değerine (2.35 mmol NH3/g cat.) ve B/L oranına (1.97) sahip olmasına bağlanmıştır. Yeniden kullanılabilirlik testleri, en iyi sonuçların elde edildiği katalizör ile 2 defaya kadar gerçekleştirilmiştir. Ürün veriminde önemli bir azalış (%7) gözlemlenmemiştir ve bu sonuç katalizörlerin dayanıklılığını ve tekrar kullanılabilirliğini doğrulamıştır.