Yılmaz, SelahattinDüzyel, Günsev2026-03-272026-03-272025https://hdl.handle.net/11147/19038https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/TezGoster?key=KOgdn9H3uVnWeb15j2W4h7KFXSWumboAcsYJf89vmugDgZfqxfMWucRZUINiR7jRBu çalışmada, sülfonik asit ile fonksiyonelleştirilmiş SBA-15, hem fosfotungstik asit hem de sülfonik gruplar içeren modifiye SBA-15, sülfonik asit fonksiyonlu mezogözenekli karbonlar (Pr-SO₃H/CMK-3 ve Ph-SO₃H/CMK-3) ve sülfonatlanmış UiO-66 (SO₃H/UiO-66) dahil olmak üzere çeşitli katı asit katalizörleri sentezlenmiştir. Tüm malzemeler, yüksek yüzey alanlarına sahip, iyi tanımlanmış mezogözenekli yapılar sergilemiştir. Ölçülen asitlik değerlerinin, kullanılan sentez yöntemine güçlü biçimde bağlı olduğu ve en yüksek asitliğin Ph-SO₃H/CMK-3 katalizöründe elde edildiği belirlenmiştir. Katalizörler sorbitolün dehidrasyon reaksiyonunda test edilmiştir. Geliştirilen katalizörler arasında SO₃H/UiO-66 ve Ph-SO₃H/CMK-3 en yüksek katalitik performansı göstermiş; çözücüsüz koşullarda, %5 (w/w) katalizör yüklemesi ve 140 °C'de tam sorbitol dönüşümü ile sırasıyla %69.4 ve %69.7 izosorbid verimine ulaşılmıştır. Güçlü asidik özellikleri, istenmeyen yan reaksiyonları sınırlarken etkin bir dehidrasyonu mümkün kılmıştır. Her iki katalizör de üç ardışık yeniden kullanım döngüsü boyunca aktivitelerini koruyarak iyi bir kararlılık sergilemiş; diğer bazı katalizörlerde ise sızma veya deaktivasyon gözlenmiştir. SO₃H/UiO-66 kullanılarak sıcaklık (130, 140 ve 160 °C), katalizör yüklemesi (%2.5, 5 ve 10) ve reaksiyon süresinin değiştirildiği parametrik bir çalışma gerçekleştirilmiştir. En uygun çalışma koşulları 140 °C, %5 katalizör yüklemesi ve 6 saat reaksiyon süresi olarak belirlenmiş ve bu koşullarda %69.4 izosorbid verimi elde edilmiştir. Taguchi tabanlı Deney Tasarımı ve Yanıt Yüzey Metodolojisi kullanılarak izosorbid verimi için öngörücü bir model geliştirilmiş ve yüksek bir belirleme katsayısı (R² = 0.98) elde edilmiştir. Kinetik analiz sonuçları, reaksiyonun yüzey reaksiyon kinetiğini ve reaktanlar arasındaki rekabetçi adsorpsiyonu dikkate alan Langmuir-Hinshelwood mekanizmasını izlediğini göstermiştir. Hesaplanan aktivasyon enerjileri, sorbitolün 1,4-sorbitana dönüşümü için 30.91 kJ mol⁻¹ ve izosorbid oluşumu için 40.57 kJ mol⁻¹ olarak belirlenmiştir.In this study, various solid acid catalysts were prepared, including sulfonic acid–functionalized SBA-15, SBA-15 modified with both phosphotungstic acid and sulfonic groups, sulfonic acid–functionalized mesoporous carbons (Pr-SO₃H/CMK-3 and Ph-SO₃H/CMK-3), and sulfonated UiO-66 (SO₃H/UiO-66). All materials exhibited well-defined mesoporous structures with high surface areas. The measured acidities strongly depended on the synthesis method, with Ph-SO₃H/CMK-3 exhibiting the highest acidity. The catalysts were evaluated in the dehydration of sorbitol. Among them, SO₃H/UiO-66 and Ph-SO₃H/CMK-3 showed the highest catalytic performance, achieving complete sorbitol conversion and isosorbide yields of 69.4% and 69.7%, respectively, at 140 °C under solvent-free conditions with a catalyst loading of 5 wt%. Their strong acidity enabled efficient dehydration while limiting undesired side reactions. Both catalysts demonstrated good stability, retaining activity over three consecutive reuse cycles, whereas several other catalysts suffered from leaching or deactivation. A parametric study was conducted using SO₃H/UiO-66 by varying temperature (130, 140, 160 °C), catalyst loading (2.5, 5, 10 wt%), and reaction time. The optimal conditions were identified as 140 °C, 5 wt% catalyst loading, and 6 h reaction time, resulting in an isosorbide yield of 69.4%. Taguchi-based Design of Experiments combined with Response Surface Methodology was applied to develop a predictive model for isosorbide yield, achieving a high coefficient of determination (R² = 0.98). Kinetic analysis indicated that the reaction followed a Langmuir-Hinshelwood mechanism, accounting for surface reaction kinetics and competitive adsorption. The calculated activation energies were 30.91 kJ mol⁻¹ for sorbitol conversion to 1,4-sorbitan and 40.57 kJ mol⁻¹ for isosorbide formation.enKimya MühendisliğiChemical EngineeringDoctoral Thesis