Soy-based polyol synthesis from expoxidised soybean oil with solid acid catalyst

Abstract

In this study, acidic mesoporous catalysts, sulfonated and non-sulfonated Zr-SBA15 (08), Zr-SBA15 (10), Ti-SBA15 (10) and Ti-SBA15 (20), were prepared for oxirane ring opening reaction of epoxidized soybean oil with methanol. Two different amounts of Zr and Ti incorporated into SBA-15. They were prepared by hydrothermal synthesis. Their sulfated forms were prepared by treating Zr-SBA15 based catalyst with H2SO4 and Ti-SBA15 based catalysts by (NH4)2SO4. The catalytic activities of all catalysts in oxirane ring opening reaction were tested in a 250 ml glass batch reactor at 60 oC. The catalysts characterisation showed that Zr was succesfully loaded into SBA-15 catalyts. Low Ti content (Ti-SBA-15(20) incorporated into SBA-15 whereas anatase was observed for high Ti content (Ti-SBA15 (20)). All the catalysts had mesopore structure and were acidic. While acidity increased with sulfation significantly, slight acidity change was observed with incoporated metal amount. Zr-SBA15 based catalysts had higher acidity than Ti-SBA15 based catalysts. The catalysts showed different activities in oxirane ring opening reaction. The activities of the catalysts affected from their acidity. Zr based catalysts showed higher catalytic activity than Ti based catalysts. Higher activities were observed over non sulfated catalysts even they had low acidity. Activity of the catalysts decreased with the acidity. The formation of soy based polyols were determined by FTIR and H-NMR analysis. The highest epoxide conversion was observed over Zr-SBA15 (08) which was 84.08%. This activity was followed by Zr-SBA15 (10) which provided 57.77 %.

Bu çalışmada, asidik mezo gözenekli katalizörler, sülfatlanmış ve sülfatlanmamış Zr-SBA15 (08), Zr-SBA15 (10), Ti-SBA15 (10) ve Ti-SBA15 (20), epokside soya yağının metanolle oksiran halka açma tepkimesinde kullanılması için hazırlanmışlardır. Bu katalizörler, SBA15’in iki farklı miktarda Zr ve Ti destelenmesiyle elde edilmiştir. Bu katalizörler hidrotermal sentez yöntemiyle hazırlanmıştır. Zr-SBA15 bazlı katalizörün H2SO4 ve Ti-SBA15 bazlı katalizörlerin (NH4)2SO4 ile muamele edilmesiyle bu katalizörlerin sülfatlanmış halleri elde edilmiştir. Tüm katalizörlerin oksiran halka açma tepkimesindeki katalitik aktiviteleri 250 mL’lik kesikli bir cam reaktörde 60 °C’de test edilmiştir. Katalizörlerin karakterizasyon çalışması kapsamında BET, XRD, FT-IR, NH3-TPD analizleri yapılmıştır. Bu analizler sonucunda, mezo gözenekli SBA15’in, Zr ve Ti ile başarıyla desteklendiği bulunmuştur. Ayrıca, tüm katalizörlerin mezzo gözenekli yapıya sahip olduğu bulunmuştur. Tüm katalizörlerin asidik olduğu bulgulanırken, Zr-SBA15 bazlı katalizörlerin Ti-SBA15 bazlı katalizörlerden daha asidik olduğu görülmüştür. Katalizörler, oksiran halka açma tepkimesinde farklı etkinlikler göstermişlerdir. Etkinlikleri asitliklerinden etkilenmiştir. Sülfatlanmış katalizörler sülfatlanmamışlara göre daha düşük katalitik etkinlik göstermişlerdir çünkü sülfatlanmamış katalizörlerin asitlikleri sülfatlanmış katalizörlerinkinden yüksektir. Sonuç olarak, sülfatlanmamış katalizörler oksiran halka açma tepkimesinde oldukça etkindirler. Soya bazlı polyollerin oluşumu FT-IR ve H-NMR analizleriyle belirlenmiştir. En yüksek epokside dönüşümü ZrSBA-15 (0.8) varlığında % 84.08 olarak görülmüştür. Bunu, % 57.77 ile Ti-SBA15 takip etmiştir.