Biolubricant production over sulfated TI-SBA-15 and TIO2-SIO2 based mesoporous catalysts

Abstract

Production of ecofriendly biodegradable lubricants from vegetable oils is an attractive alternative to petroleum derived lubricants for environmental protection. This study presents an investigation for the production of biolubricants via ring opening reaction of epoxidized soybean oil using the mesoporous solid acid catalysts. SO4/SBA- 15, SO4/Ti-SBA-15, SO4/TiO2-SiO2 and SO4/La-TiO2-SiO2 catalysts were prepared and characterized. In addition, effect of increasing titanium content on SO4/Ti-SBA-15 (Si/Ti: 10, Si/Ti: 6) and effect of sulfation source (ammonium sulfate and chlorosulfonic acid) on Ti-SBA-15 and La-TiO2-SiO2 properties, activities and stabilities were studied. Activity and stability of all the catalysts were tested in the ring opening reactions of epoxidized soybean oil with 2-propanol at 80 oC with 10/1 alcohol-epoxide mol ratio. After determination of the two most stable and active catalysts, reactions were also performed with 2-ethylhexanol at 100 oC with 6/1 alcohol-epoxide mol ratio. Products were analyzed by titration, FTIR and H-NMR. Also, thermal stability and low temperature behavior of products were determined by thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. Prepared catalsysts had mesoporous structure and stronger acid sites by attachment of sulfate groups The catalysts showed a serious leaching when they were sulfated with ammonium sulfate. On the other hand, chlorosulfonic acid treatment enhanced significantly stability of catalyst. Furthermore, increasing of titanium content and sulfation with chlorosulfonic acid increased the acidity of catalysts compared to ammonium sulfate. The SO4/Ti-SBA-15-6(CS) catalyst (Si/Ti:6 mole ratios and chlorosulfonic acid sulfated) was found as the most stable and active catalyst. It provided 62 % (12 h) and 90 % (18 h) conversion in the reactions with 2-propanol and 2-ethylhexanol, respectively. All products were found as thermally stable up to 300 oC showing that ring opening reaction did not affect thermal stability. Nevertheless, it affected positively low temperature properties and better low temperature properties were obtained from the products of reactions with 2-ethylhexanol. However, its influence on the products obtained from 2-propanol was not prominent.

Bitkisel yağlardan çevre dostu biyolojik olarak parçalanabilen yağlayıcıların üretimi, çevresel koruma için petrol türevli yağlayıcılara karşı cazip bir alternatiftir. Bu çalışmada, mezogözenekli katı asit katalizörleri kullanılarak epoksitlenmiş soya fasulyesi yağının halka açma reaksiyonunda biyoyağlayıcı üretimi araştırılmıştır. SO4/SBA-15, SO4/Ti-SBA-15, SO4/TiO2-SiO2 ve SO4/La-TiO2-SiO2, katalizörleri hazırlanmıştır ve karakterize edilmiştir. Ayrıca SO4/Ti-SBA-15'te artan titanyum içeriğinin (Si/Ti: 10, Si/Ti: 6), ve Ti-SBA-15 ve La- TiO2-SiO2 katalizörlerinde sülfat kaynağının (amonyum sülfat ve klorosülfonik asit) katalizörlerin özellikleri, aktiviteleri ve stabiliteleri üzerine etkisi çalışılmıştır. Hazırlanan katalizörlerin aktivitesi ve stabilitesi, 2-propanol ile halka açma reaksiyonlarında test edilmiştir (80 oC,). En kararlı ve aktif iki katalizörün belirlenmesinden sonra, 2-etilheksanol ile de reaksiyonlar gerçekleştirilmiştir (100 oC,). Ürünler titrasyon, FTIR ve H-NMR ile analiz edilmiştir. Ayrıca termogravimetrik analiz ve diferansiyel taramalı kalorimetri ile ürünlerin termal stabilitesi ve düşük sıcaklık davranışı belirlenmiştir. Hazırlanan katalizörler mezogözenekli bir yapıdadır ve sülfat gruplarının eklenmesiyle daha güçlü asit bölgelerine sahip olmuştur. Katalizörler, amonyum sülfat ile hazırlandıklarında ciddi bir liç göstermiştir. Öte yandan, klorosülfonik asit muamelesi katalizörün stabilitesini önemli ölçüde arttırmıştır. Ayrıca titanyum içeriğinin arttırılması ve klorosülfonik asit ile sülfatlaması amonyum sülfata kıyasla katalizörlerin asitliğni arttırmıştır. SO4/Ti-SBA-15-6(CS) katalizörü (Si/Ti:6 mol oranı ve klorosülfonik asit sülfatlamış) en kararlı ve aktif katalizör olarak bulunmuştur. 2-propanol ve 2-ethykhexanol ile reaksiyonlarda sırasıyla 62 % (12h) ve 90 % (18 h) dönüşüm sağlamıştır. Tüm ürünler 300 oC'ye kadar termal olarak kararlı bulunmuştur ve halka açılma reaksiyonunun termal stabiliteyi etkilemediği görülmüştür. Bununla birlikte, düşük sıcaklık özelliklerini olumlu yönde etkilemiş ve 2-etilheksanol ile reaksiyon ürünlerinden daha iyi düşük sıcaklık özellikleri elde edilmiştir. Ancak 2-propanolden elde edilen ürünler üzerindeki etkisi belirgin değildi.