Clay supported earth-abundant metal phosphide nanoparticles catalyzing sugar conversion to value-added chemicals

Patitta Preedanorawut

dc.contributor.advisor	Junjuda Unruangsri
dc.contributor.advisor	Wipark Anutrasakda
dc.contributor.author	Patitta Preedanorawut
dc.contributor.other	Chulalongkorn University. Faculty of Science
dc.date.accessioned	2022-10-06T08:44:57Z
dc.date.available	2022-10-06T08:44:57Z
dc.date.issued	2020
dc.identifier.uri	http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/80601
dc.description	In Partial Fulfillment for the Degree of Bachelor of Science Department of Chemistry, Faculty of Science, Chulalongkorn University Academic Year 2020	en_US
dc.description.abstract	Sugar conversion can produce high value-added chemicals such as HMF, levulinic acid, formic acid and other derivatives. Successful sugar conversion was witnessed using both heterogeneous and homogeneous catalysts, giving mostly one-step converted products. This work aims to transform monosaccharides (i.e., glucose and fructose) to HMF and HMF-reduced products such as BHMF through a one-pot tandem catalysis. Therefore, an acid-catalyzed Cr-exchanged montmorillonite K10 clay (Cr-K10) and a hydrogenate metal phosphide nanoparticles (NixCo₂-xP) were combined. Metal phosphide nanoparticles were thermally synthesized using Ni(II) and/or Co(II) salt with phosphite salt, in the presence of surfactants. The NPs were later dispersed on to the surface of Cr-K10. The synthesized catalysts were characterized by several spectroscopic techniques to confirm the chemical structure. In addition, effects of different types of ionic liquids including N-methylimidazolium chloride ([HMIM]Cl), 1-butyl-3-methylimidazolium chloride ([BMIM]Cl) and N-methylimidazolium bisulfate ([HMIM][HSO₄]) on the catalytic activity were investigated. Due to the time limit, the catalytic performance towards conversion of sugar into HMF was only examined. Results demonstrated that using [HMIM]Cl as medium provided the highest yield of HMF compared to other ionic liquids. Furthermore, over 60% yields of HMF from fructose were obtained in all catalysts (Cr-K10, Ni₂P/Cr-K10 and Ni₂P mixed with Cr-K10) at 120 °C within 1.5 h, while the HMF yields from glucose were unsatisfyingly achieved. This suggested that the synthesized Ni₂P/Cr-K10 is found to be a good catalyst and can be potentially applicable for further conversion to other value-added chemicals in the next step.	en_US
dc.description.abstractalternative	การเปลี่ยนน้ำตาลสามารถผลิต 5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟิวรัล และอนุพันธ์ได้ ซึ่งสารดังกล่าว สามารถนำมาใช้เพื่อเปลี่ยนเป็นสารเคมีที่มีมูลค่าเพิ่มขึ้นในปัจจุบัน มีรายงานเกี่ยวกับการนำตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธ์และตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธ์มาใช้ในการเร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยนน้ำตาลให้มีประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยาและมีความจำเพาะต่อปฏิกิริยาดังกล่าว ในงานวิจัยนี้จึงมีจุดประสงค์ในการเปลี่ยนน้ำตาลกลูโคสและฟรุกโตสให้เป็น 5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟิวรัล และผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าเพิ่มขึ้นตามลำดับ ดังนั้นจึงได้มีการนำแร่ดินเหนียวมอนต์โมริลโลไนต์ที่ถูกแลกเปลี่ยนโดยไอออนของโครเมียม (III) มารวมกับอนุภาคนาโนโลหะฟอสไฟด์เพื่อให้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเพียงตัวเดียว โดยเริ่มจากการสังเคราะห์อนุภาคนาโนโลหะฟอสไฟด์โดยให้ความร้อนเกลือคลอไรด์ของโลหะนิกเกิล และ/หรือ โครเมียมและสารลดแรงตึงผิวต่าง ๆ จากนั้นนำไปกระจายตัวบนแร่ดินเหนียวมอนต์โมริลโลไนต์ที่ถูกแลกเปลี่ยนโดยไอออนของโครเมียม (III) ตัวเร่งปฏิกิริยาที่สังเคราะห์ได้ถูกนำมาพิสูจน์เอกลักษณ์ด้วยเทคนิคทางสเปกโทรสโกปีต่าง ๆ เพื่อยันยันโครงสร้างทางเคมี ความสามารถในการเร่งปฏิกิริยานั้น ได้ศึกษาผลของตัวทำละลายของเหลวไอออนิกต่างชนิดกัน ได้แก่ N-เมทิลอิมมิดาโซเลียมคลอไรด์ ([HMIM]CL), 1-บิวทิล-3-เมทิลอิมมิดาโซเลียมคลอไรด์ ([BMIM]CL) และ N-เมทิลอิมมิดาโซเลียมไบร์ซัลเฟท ([HMIM][HSO₄]) ผลการทดลองพบว่าตัวทำละลายของเหลวไอออนิกชนิด [HMIM]CL ให้สารผลิตภัณฑ์มากที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับตัวทำละลายของเหลวไอออนิกชนิดอื่น นอกจากนี้ทุกตัวเร่งปฏิกิริยา (ตัวเร่งปฏิกิริยาแร่ดินเหนียว Cr-K10, ตัวเร่งปฏิกิริยา Ni₂P/Cr-K10 และตัวเร่งปฏิกิริยา Ni₂P ที่ผสมกับแร่ดินเหนียว Cr-K10) ให้ร้อยละผลผลิต 5-ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟิวรัล จากน้ำตาลฟรุกโตสมากกว่า 60 ภายใน 1.5 ชั่วโมง ส่วนผลผลิตที่ได้จากน้ำตาลกลูโคสยังไม่เป็นที่น่าพอใจ ดังนั้น จึงสามารถระบุได้ว่า Ni₂P/Cr-K10 เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีและสามารถนำไปใช้ในปฏิกิริยาการเปลี่ยนเป็นสารอื่นที่มีมูลค่าเพิ่มได้ในภายหน้า	en_US
dc.language.iso	en	en_US
dc.publisher	Chulalongkorn University	en_US
dc.rights	Chulalongkorn University	en_US
dc.subject	Metal nanoparticles	en_US
dc.subject	Phosphides	en_US
dc.subject	Sugars -- Synthesis	en_US
dc.subject	อนุภาคนาโนโลหะ	en_US
dc.subject	ฟอสไฟด์	en_US
dc.subject	น้ำตาล -- การสังเคราะห์	en_US
dc.title	Clay supported earth-abundant metal phosphide nanoparticles catalyzing sugar conversion to value-added chemicals	en_US
dc.title.alternative	ตัวเร่งปฏิกิริยาอนุภาคนาโนโลหะฟอสไฟด์บนวัสดุรองรับแร่ดินเหนียวสำหรับการเปลี่ยนน้ำตาลเป็นสารอินทรีย์ที่มีมูลค่าเพิ่ม	en_US
dc.type	Senior Project	en_US
dc.degree.grantor	Chulalongkorn University	en_US