Carbon Catalysts in Biofuel Production: From Furfural to 2-Methylfuran

Tutkimustuotos

Tutkijat

  • Salla Jaatinen

Organisaatiot

Kuvaus

Kemikaalien, polttoaineiden ja energian tuottaminen uusiutuvista raaka-aineista on erittäin tärkeää jatkuvasti etenevän ilmastonmuutoksen takia. Yksi vaihtoehto tuottaa kemikaaleja ja polttoaineita on vedyttää uusiutuvaa kemikaalia, furfuraalia. Furfuraalin vedytyksellä voidaan tuottaa useita tuotteita, kuten furfuryylialkoholia ja 2-metyylifuraania (MF). MF:llä on erinomaisia ominaisuuksia korvaamaan bensiinin tuotannossa oktaaniluvun nostajina toimivat fossiiliset vaihtoehdot metyyli-tert-butyyli eetteri ja etyyli-tert-butyyli eetteri. Tällä hetkellä prosessissa käytetty katalyytti on myrkyllinen ja uusia,  selektiivisiä vaihtoehtoja tarvitaan. Tässä väitöskirjassa tavoitteena oli tuottaa jalometallittomia ja myrkyttömiä katalyyttivaihtoehtoja MF:n tuotantoon. Katalyytin metallivaihtoehdoiksi valikoitiin siirtymämetallit kupari, nikkeli ja rauta. Reaktio-olosuhteiden optimointi osoitti korkean lämpötilan (230 °C) ja vetypaineen (40 bar) suosivan MF:n tuotantoa. Parhaat tulokset saavutettiin kupari-nikkeli ja kupari-rauta seoksilla, ja jopa 60% MF saanto saavutettiin nestefaasissa panosreaktorissa lyhyessä reaktioajassa (1 - 2 h). Metallikatalyyttien kantajina testattin useita aktiivihiiliä ja mesohuokoista hiilimateriaalia (CMK-3). Valmistettuja katalyyttejä karakterisoitiin useilla menetelmillä, jotta niiden suotuisista ominaisuuksista MF:n valmistuksessa saataisiin tietoa katalyyttien optimointiin. MF:n tuotannon havaittiin tehostuvan pienillä metallipartikkeleilla, pienellä kantajan huokoskoolla ja happamalla kantajalla. Liuottimen sivureaktiot ovat mahdollisia furfuraalin nestefaasivedytyksessä. 2-Propanoli liuotin saattaa reagoida furfuraalin kanssa tarjoten vetyä vedytysreaktioon ja muodostamalla sivutuotteena asetonia. 2-Propanoli saattaa myös reagoida vedyn poiston kautta asetoniksi ja vedyksi. Asetonin muodostumismekanismin havaittiin olevan metalliriippuvainen; kuparilla ja nikkelillä asetoni muodostuu reaktiossa furfuraalin kanssa, kun taas raudalla myös vedyn poistoa tapahtuu. Vedyn liukoisuus reaktiomatriisiin vaikuttaa nestefaasiprosesseihin ja erityisesti prosessien skaalaus suurempaan mittakaavaan tarvitsee tietoa vedyn liukoisuudesta lähtöaineisiin. Vedyn liukoisuuden fur-furaaliin ja 2-propanoliin havaittiin kasvavan lämpötilan (50 - 200 °C) ja paineen (50 - 125 bar) funktiona, vedyn liukoisuus 2-propanoliin oli lähes kolme kertaa korkeampi furfuraaliin verrattuna. Vedyn mooli-osuus esimerkiksi 200 °C:ssa ja 125 bar:ssa oli 2-propanolissa 0.064 ja furfuraalissa 0.038. Liukoisuusdatat mallinnettiin PC-SAFT mallilla ja valittu malli ennusti vedyn liukoisuusdataa hyvin. Tämän väitöskirja tuotti selektiivisen ja nopean katalyytin MF tuotantoon nykyisen katalyytin mahdol-liseksi korvaajaksi, uutta dataa vedyn liukoisuudesta reaktiomatriisiin ja optimoidut hiilikantajaominaisuudet MF tuotantoon.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8445-9
Sähköinen ISBN978-952-60-8446-6
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • furfuraali, 2-metyylifuraani, aktiivihiili, mesohuokoinen hiili, vedytys

ID: 32446834