Skip to main content
SUPERVISOR
S.Hassan Ghaziaskar,Keikhosro Karimi
سیدحسن قاضی عسگر (استاد راهنما) کیخسرو کریمی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Yadollah Gorji markhmaleki
یدالله گرجی مرغملکی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391

TITLE

Optimization of Solketalacetin Synthesis as a Green Fuel Additive from Reaction of Monoacetin with Acetone and Optimization of Monoacetin Synthesis and Silica Benzyl Sulfonic Acid Synthesis as a Catalyst for Reaction of Monoacetin with Acetone
An economical and easy to scale up method for glycerol conversion to solketalacetin (i.e. (2,2-dimethyl-1,3-dioxolan-4-yl)methyl acetate) as a valuable fuel additive is described, for the first time. In the first part, monoacetin was synthesized by reacting glycerol with acetic acid in a batch system. In the second stage the solketalacetin was produced from the reaction of monoacetin with acetone using Purolite PD 206 as a catalyst. The central composite design was employed for the experimental design for the second stage of the reaction. The optimum operating conditions for the second stage of the reaction were as follows: acetone to monoacetin mole ratio, 5; reaction temperature, 20°C; pressure, 45 bar; flow rate, 0.2 mL·min ?1 and 2.0 g, catalyst. In the second part, a continuous, suggested easy-to-scale-up system for glycerol conversion to a valuable fuel additive mixture such as solketalacetin, solketal and minimum amount of diacetin. A two-stage reaction was conducted to synthesize the mixture. At first, glycerol was reacted with acetic acid in a continuous system to synthesize monoacetin using a small plug flow reactor and central composite design to optimize the variables related to monoacetin synthesis. Finally, an acetic acid-to-glycerol mole ratio of 3.7:1, a temperature of 79 °C, a flow rate of 0.9 mL min ?1 , and a pressure of 1 bar were determined as the optimum conditions. In the third part, silica benzyl sulfonic acid (A) catalyst prepared for reaction of monoacetin with acetone to synthesis solketalacetin. To synthesize A the silica gel was functionalized with benzyl group and then sulfonated with chlorosulfonic acid. The catalytic activity of A was compared with Amberlyst 36 and purolite PD 206 in a continuous flow system. The stability of the catalytic activity was examined by kept on–stream and reusability tests, which showed the A, have the highest stability.
در این رساله برای اولین بار روشی جدید، برای سنتز و بهینه سازی، سولکتال استین با نام آیوپاک (2و2- دی متیل- 1و3- دی اوکسولان -4- ایل) متیل استات، به عنوان ماده افزودنی به سوخت، مورد بررسی قرار گرفت که از نظر اقتصادی به صرفه است. در روش ارائه شده، ابتدا منو استین از واکنش گلیسرول و استیک اسید سنتز شد و سپس در مرحه دوم، از واکنش منو استین و استون، سولکتال استین سنتز شد. در بخش اول این رساله برای سنتز سولکتال استین، ابتدا در سامانه ناپیوسته، از واکنش گلیسرول و استیک اسید بدون حضور کاتالیزگر، منو استین، سنتز شد. در این واکنش، درصد تبدیل گلیسرول 95 درصد و درصد گزینش پذیری برای منو استین، دی استین و تری استین به ترتیب برابر 5/63، 5/33 و 4 درصد، به دست آمد. برای واکنش مرحله دوم، یعنی واکنش منو استین و استون، از سامانه پیوسته استفاده شد و برای انجام آزمایش ها از طراحی آزمایش استفاده شد. شرایط بهینه واکنش، به کمک روش سطح پاسخ، مشخص شد. بهترین شرایط برای واکنش منو استین و استون در گستره تعیین شده برای متغیر ها، به این صورت است: نسبت مولی استون به منو استین برابر 5، دمای آزمایش 25 درجه سانتیگراد، فشار 45 بار، سرعت جریان 2/0 میلی لیتر بر دقیقه و مقدار 0/2 گرم کاتالیزگر پیورولایت پی دی 206. بازده عملی سولکتال استین در نسبت مولی استون به منو استین 5 برابر 70 درصد و در نسبت مولی 9، به 100 درصد، می رسد. در بخش دوم این رساله، برای تهیه ماده افزودنی به سوخت با بیشترین مقدار سولکتال استین و سولکتال و کمترین میزان دی استین و بدون حضور محصول جانبی، طراحی انجام گرفت. در مرحله اول، در سامانه پیوسته، با استفاده از یک راکتور کوچک، واکنش گلیسرول و استیک اسید در حضور کاتالیزگر آمبرلیست 36 انجام شد. برای انجام آزمایش ها از طراحی آزمایش و برای پیدا کردن بهترین شرایط واکنش از روش سطح پاسخ استفاده شد. شرایط بهینه سنتز منو استین از واکنش گلیسرول و استیک اسید مشخص شد. شرایط بهینه، نسبت مولی استیک اسید به گلیسرول برابر 7/3 به 1، دما 79 درجه سانتیگراد، سرعت جریان 9/0 میلی لیتر بر دقیقه و فشار یک بار، مشخص شد. در شرایط بهینه بازده نظری و عملی برابر 2/63 و 62 درصد می باشد. در مرحله دوم، این مخلوط با استون واکنش داده و درصد مولی سولکتال استین، سولکتال، دی استین و تری استین در آن به ترتیب برابر 62، 30، 8 و 3/0 درصد به دست آمد. در بخش سوم رساله، برای واکنش منو استین و استون و تولید سولکتال استین که یک ماده افزودنی به سوخت است، کاتالیزگر سیلیکا بنزیل سولفونیک اسید (A) سنتز شد. برای سنتز A، ابتدا سیلیکا ژل در محلول هیدروکلریک اسید قرار داده شد و سپس توسط بنزیل الکل، گروه عاملی بنزیل به آن متصل شد و در نهایت توسط کلرو سولفونیک اسید، سولفونه شد. ویژگی های کاتالیزگر A، توسط روش های طیف سنجی زیر قرمز، گرما سنجی و پراش پرتو ایکس ، مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که گروهای بنزیل و سولفونه در سطح کاتالیزگر قرار گرفته اند. عملکرد کاتالیزگر A برای سنتز سولکتال استین، مورد بررسی قرار گرفت و نتایج آن با دو کاتالیزگر پیورولایت پی دی 206 و آمبرلیست 36 مورد مقایسه قرار گرفت. بررسی تاثیر نسبت مولی استون به منو استین و تاثیر دما بر عملکرد کاتالیزگرها نشان داد، با افزایش نسبت مولی، بازده سولکتال استین افزایش می یابد و در دمای 20 درجه سانتیگراد، بیشترین بازده را آمبرلیست 36 و در دمای 40 درجه سانتیگراد بیشترین بازده را کاتالیزگر A دارد. بررسی پایداری کاتالیزگرها نشان داد که A بیشترین تکرارپذیری و قابلیت استفاده مجدد را دارد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی