Izbira topila za ekstrakcijo 5-hidroksimetilfurfurala iz vodne faze

Komar, Jaka (avtor), Likozar, Blaž (mentor)

5-hidroksimetilfurfural (5-HMF) je spojina, ki postaja v današnjem času zaradi svoje uporabnosti na področju biogoriv in proizvodnje kemikalij vse bolj poznana. Za njeno proizvodnjo je ključna metoda ekstrakcije tekoče–tekoče, pri kateri iz vodne faze ekstrahiramo 5 hidroksimetilfurfural v organsko fazo. Za uspešno vzpostavitev tega procesa pa je potrebno poznavanje ravnotežja trokomponentnega sistema voda – 5 hidroksimetilfurfural – organsko topilo. Namen diplomskega dela je izbira organskega topila za ekstrakcijo spojine 5-HMF z dobrim izkoristkom. Za topila 2-etilheksan-1-ol (2-EtH), ciklopentil metil eter (CPME), izoforon (ISP), benzil alkohol (BnOH), 2-sek-butilfenol (2-SBP) in tetrahidrofuran (THF) je bila določena ekstrakcijska izoterma v izbranem koncentracijskem območju 5-HMF-ja. Pripravljena je bila serija dvofaznih sistemov različnih volumskih razmerij (O/Aq)vol z vodno fazo, ki je vsebovala 1,5 ali 5 oz. 9 ut% 5-HMF. Opravljen je bil tudi presejalni test za dve seriji naključnih topil različnih polarnosti v volumskem razmerju (O/Aq)vol = 1 : 1. Količina 5-HMF-ja je bila v posamezni fazi določena z analizo HPLC preko kalibracijske krivulje iz umeritvenih standardov. Iz dobljenih rezultatov smo nato izračunali še porazdelitvene koeficiente (Kd) in tako kvantificirali sposobnost ekstrakcije topila. Najboljše rezultate je dosegel THF z dodatkom NaCl v vodno fazo – porazdelitveni koeficient sistema s tem topilom je znašal 9,1. ISP in BnOH sta dosegla porazdelitvene koeficiente 3,65 in 3,8, Kd za 2 SBP pa se je gibal v območju 1,8–9. Kd za topila metil izobutil keton (MIBK), etil acetat (EtAc), butan-2-ol (2-BuOH), 2-metil-2-butanol (TAA) in 2-metiltetrahidrofuran (2-MTHF) je bil v območju 1–2.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: 5-hidroksimetilfurfural, ekstrakcija tekoče-tekoče, topilo, separacija, ekstrakcijska izoterma
• Vrsta gradiva: Diplomsko delo/naloga
• Tipologija: 2.11 - Diplomsko delo
• Organizacija: FKKT - Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo
• Leto izida: 2021
• PID: 20.500.12556/RUL-129853
• COBISS.SI-ID: 79752707
• Datum objave v RUL: 09.09.2021

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Solvent selection for extraction of 5-hydroxymethylfurfural from aqueous phase systems

Izvleček

5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) is a compound that is becoming increasingly recognized due to its utility in the field of biofuels and chemical production. A key method for its production is the liquid-liquid extraction, during which the 5-hydroxymethylfurfural is extracted from aqueous to organic phase. A thorough understanding of the tricomponent system water–5-hydroxymethylfurfural–organic solvent equilibrium is needed for a successful establishment of the aforementioned process. The purpose of this work is choosing a solvent for extraction of 5-HMF with a good yield. An extraction isotherm, in a selected concentration range, was determined for solvents 2-ethylhexan-1-ol (2-EtH), cyclopentyl methyl ether (CPME), isophorone (ISP), benzyl alcohol (BnOH), 2-sec-butylphenol (2-SBP) and tetrahydrofuran (THF). We prepared a series of biphasic systems of different volumetric ratios (O/Aq)vol, with the aqueous phase containing 1,5, 5 or 9 wt% of 5-HMF. We also conducted a screening test for two series of randomly selected solvents with different polarities in a 1:1 volumetric ratio. The amount of 5-HMF in each phase was determined with HPLC analysis by calibration standards. From the results we calculated the partition coefficient (Kd) and quantified the solvent's extraction capabilities. THF with addition of NaCl showed the best results, partition coefficient of this system was 9,1. ISP and BnOH reached partition coefficients of 3,65 and 3,8, meanwhile the Kd for 2-SBP fell into the 1,8–9 range. Kd for solvents methyl isobutyl ketone (MIBK), ethylacetat (EtAc), butan-2-ol (2-BuOH), 2-methyl-2-butanol (TAA) and 2 methyltetrahydrofuran (2-MTHF) moved within the 1-2 range.

• Ključne besede: 5-hydroxymethylfurfural, liquid-liquid extraction, solvent, separation, extraction isotherm