Szerves vegyipari alapanyagok cukorcirok alapú előállítása

Napjainkban energiaszükségletünk túlnyomó részét nem megújuló, fosszilis energiaforrásokból fedezzük. A vegyipar különösen nagy mennyiségű kőolaj-felhasználása sem a készletek fogyása és azok egyre nehezebb elérhetősége, sem környezeti szempontból nem fenntartható. A metanol-, illetve hidrogéngazdaság lehetőségei mellett kiemelkedően fontos kutatási terület a biomassza – mint alternatív energia- és nyersanyagforrás – vegyiparban történő felhasználási módjainak kifejlesztése. A gamma-valerolakton (GVL), mint lehetséges fenntartható folyadék, fizikai és kémiai tulajdonságai lehetővé teszik mind energiaforrásként, mind platform molekulaként történő alkalmazását. Sokoldalú felhasználása – miszerint egyaránt alkalmazható üzemanyag-adalékként, gyújtófolyadékként, vegyipari alapanyagként és ionos folyadékként is – bizonyítja, hogy nem elképzelhetetlen a „GVL-gazdaság” megvalósítása. A GVL szintézisének legígéretesebb alapanyaga a levulinsav, amelyből katalitikus hidrogénezéssel könnyen előállítható. A levulinsav maga savkatalizált dehidratálással jó hozammal kinyerhető mind növényi-, mind állati eredetű szénhidrátokból. Munkám célja, hogy ezzel az eljárással egy valódi, természetes anyagból állítsak elő levulinsavat. Ilyen lehetséges alapanyag a cukorcirok (Sorghum saccharatum), amely az egyik legmagasabb zöldhozamú és -cukortartalmú, Magyarországon is elterjedt igénytelen mezőgazdasági növény. Munkám során a növény szárából préseléssel és membránszűréssel előállított cukorciroklé mintákat használtam fel, amikor is mikrohullámú reaktorban, kénsav, illetve Lewis-sav katalizátor segítségével állítottam elő levulinsavat. A kísérletek során a reakció hőmérséklet-, idő- és savkoncentráció-optimálását végeztem, megtalálva ezzel a vizsgált tartományon belül a legnagyobb levulinsavhozam eléréséhez szükséges körülményeket. A hagyományos kénsav katalizátor mellett sikerrel vizsgáltam a levulinsav előállítását egy ritkábban alkalmazott, lantanida alapú Lewis-sav katalizátor jelenlétében is. Dolgozatomban a kísérleti munka során elért levulinsavhozamokat és a vizsgált reakcióparaméterek hatását mutatom be a két különböző reakcióút során

Microwave-Assisted Valorization of Biowastes to Levulinic Acid

The valorization of cheap and readily available biomass-based wastes such as various straws, husks, shells and peels, more- over, so far unprecedented, commercial and household wastes produced on large scale, i.e. spent coffee grounds and cooked tea leaves waste were processed as raw materials for the production of levulinic acid, a C5-platform molecule. The results obtained by applying conventional and microwave dielectric heating at 170 8C were compared. It was revealed that depend- ing on the source, the average product yields were 10–25 wt% when 2 M aqueous sulfuric acid solution was used. By applying microwave irradiation the reaction time can be significantly reduced (30 min instead of 8 h) without a decrease in product formation. The influence of the feedstock’s water content on the formation of levulinic acid was investigated revealing that the drying process having significant energy needs can be eliminated from the procedure