The aim of this study was to find and use a heterogeneous catalyst to catalyze the transesterification reaction of biodiesel. The purpose of this is to have a more sustainable production of biodiesel which uses fewer chemicals and can reuse the catalyst easily. Our team chose a base catalyst of calcium oxide (CaO) based on early research but with a change of doping the base catalyst with sodium, thus making sodium doped calcium oxide (Na-CaO). The catalyst was synthesized using calcium hydroxide and sodium hydroxide as precursors. The sodium concentration was chosen to be at 3 weight%. The main part of the study was on testing the efficiency of the catalyst and determining at which conditions the reaction performs best. The best conditions for the catalyst were found at 60 °C and the ratio of rapeseed oil to methanol was 1:9. The mass concentration of the catalyst was 2 weight% and the reaction time was 2 hours. These conditions resulted in a biodiesel yield of 97,6 %. / Studien som gjordes gick ut på att tillverka en heterogen katalysator för att katalysera transesterifiering reaktionen för biodieseltillverkning. Syftet med detta är att ha en mer hållbar produktion som använder sig utav färre kemikalier och samtidigt kan återanvända katalysatorn. Valet av katalysator skedde efter värdering av äldre studier och basen för katalysatorn valdes till kalciumoxid (CaO), med en ändring av att dopa denna med natrium, det vill säga natriumdopad kalciumoxid (Na-CaO). Katalysatorn syntetiserades utav kalciumhydroxid och natriumhydroxid. Koncentrationen av natriumet låg vid 3 vikt%. Nästa del utav studien gick ut på att testa den syntetiserade katalysatorn och hitta de bästa betingelserna för bästa utbyte av biodiesel. De bästa betingelserna var vid temperaturen 60 °C och ett förhållande mellan rapsolja och metanol på 1:9, där masshalten av katalysator var 2 vikts% gentemot oljan och reaktionstiden var 2 timmar. Detta gav ett utbyte på 97,6 %.

För det minskade bruket av fossila bränslen är biobränslen från fettsyrametylestrar (FAME), även kallat biodiesel, ett möjligt alternativ. I nuläget framställs biodiesel främst via homogen baskatalys. Detta medför resurskrävande separationsprocesser och vidare återvinns inte katalysatorn. I syfte att ytterligare effektivisera biodieselframställningen studeras därför heterogena katalysmetoder. En ännu otillräckligt utforskad heterogen baskatalysator för framställningen av biodiesel från rapsolja är γ-alumina belagd med kaliumoxid (K2O). I denna studie syntetiserades en katalysator genom impregnering av γ-alumina med KOH följt av kalcinering. Ytanalys av katalysatorn visade en kraftigt minskad ytarea efter impregnering och kalcinering, och basiska KAlO2-säten på katalysatorn istället för säten av K2O. Reaktionsprocessen med katalysatorn studerades under olika betingelser för optimeringen av reaktionsförhållanden och därefter studerades dess kinetik. Inga slutsatser kunde dras om optimala reaktionsförhållanden på grund av orimliga resultat vid beräkning av utbytet. Katalysatorn påvisade däremot hög aktivitet, vilket kunde avläsas som 95,67% utbyte efter 90 minuter i kinetikstudien. Försök att beskriva kinetiken gjordes slutligen vilket med pseudo-första ordningens kinetik med avseende på olja gav en hastighetskonstanten 0,0106 min-1, och med andra ordningens kinetik (1:a med avseende på olja respektive metanol) 15,3279 M-1min-1. Analys av dessa framtagna grafer visade däremot att kinetiken inte fullt ut kunde beskrivas med vare sig pseudoförsta eller med andra ordningens kinetik. Således behövs vidare forskning för att fastställa kinetiken hos katalysatorn.

<p>   Contamination of surface and ground water from industrial wastes and anthropogenic activities represents one of the greatest challenges to the sustainable development of human society. Heterogeneous photocatalysis, a kind of advanced oxidation process characterized by the production of highly oxidative hydroxyl radicals, is a relatively novel subject with tremendous potential in water treatment applications.</p><p>    The purpose of this research was first to develop feasible hydroxyl radical detection methods, which can be used to evaluate efficiency of photocatalytic process, and second to prepare immobilized TiO2 films with high photocatalytic activities by the sol gel method.</p><p>    The feasibility of Indigo carmine and phthalic hydrazide as OH-radical probes was investigated. The organic dye Indigo carmine absorbs visual light strongly at 610 nm and its destruction can be monitored conveniently in a spectrophotometer. Results showed that both ^·OH and HO₂^·can bleach Indigo carmine, and the bleaching yield of ^·OH was pH independent. The photocatalytic dye bleaching in black light UV illuminated Degussa P25 TiO2 aerated suspensions was then investigated. A strong pH dependency of the bleaching yield was found.  This implies that the quantum yield of OH radical at pH 3 is one fourth compared to that at pH 10. The reaction of the OH radical with phthalic hydrazide will form strongly chemiluminescent 3-hydroxyphthalic hydrazide. Using the more specific phthalic hydrazide as OH radical probe, an even stronger pH dependent quantum yield of OH radical was found. At pH 10 the quantum yield reached the same magnitude as that obtained by using Indigo carmine, whereas the quantum yields at acidic pH were close to zero. However it was found that the addition of phosphate and fluoride anions can substantially enhance the OH radical yield at acidic pH by blocking the adsorption of phthalic hydrazide onto the TiO2 surfaces. Hence the adsorption of phthalic hydrazide to TiO2 is an important factor to consider when this method is used. <em></em></p><p>    Photocatalytic TiO2 films coated on metal plates were prepared by a sol gel method using titanium isopropoxide as TiO2 precursor and isopropanol as solvent. The photocatalytic activity of the obtained films was evaluated by bleaching of indigo carmine at pH 9 under black light UV irradiation. The effect of the molar ratio of isopropanol, water and hydrochloric acid to titanium isopropoxide was studied. It was also shown that the activities of TiO2 films are considerably influenced by calcination temperature, coating cycles and the supporting materials.</p> / <p>    Förorening av yt- och grundvatten från industrier och humana aktiviteter utgör en av de största utmaningarna för en hållbar utveckling av det mänskliga samhället. Heterogen fotokatalys, en slags avancerad oxidations process som kännetecknas av att starkt oxidativa hydroxylradikaler produceras, är en relativt ny teknik med stor potential för vattenrening.</p><p>    Ett syfte med detta licentiatarbete var först att utveckla och genomföra olika metoder för att detektera bildningen av hydroxylradikaler såväl i laboratoriet som i tekniska miljöer. Det andra syftet med arbetet var att syntetisera immobiliserade TiO2 filmer med hög fotokatalytisk effektivitet med en sol-gel metod.</p><p>    Möjligheten att använda indigokarmin och ftalhydrazid som OH-radikalprob undersöktes. Det organiska färgämnet indigokarmin absorberar synligt ljus starkt vid 610 nm vilket gör att dess nedbrytning lätt kan följas i en spektrofotometer. Resultaten av gammaradiolys visade att båda ^•OH och HO₂^• kan bleka indigokarmin och att den blekning som härrör från ^•OH var oberoende av pH. Fotokatalytisk blekning av indigokarmin med blacklight UV bestrålning av  Degussa P25 TiO2 suspensioner undersöktes sedan. Ett starkt pH-beroende av blekningsutbytet erhölls vilket tolkas som att kvantutbytet av OH-radikaler vid pH 3 är en fjärdedel jämfört med det vid pH 10.</p><p>    När ftalhydrazid reagerar med OH-radikaler bildas starkt kemiluminiscent 3-hydroxy-ftalhydrazid. Med denna  specifika OH-radikalprob, erhölls ett ännu starkare pH beroende. Vid pH 10 var kvantutbytet i paritet med det som erhölls med indigokarmin, medan kvantutbytet vid lågt pH var nära noll. Tillsats av fosfat-  och fluoridjoner visade sig avsevärt öka OH-radikalutbytet vid lågt pH-värde genom att blockera adsorption av ftalhydrazid på TiO2 ytorna. Adsorptionen av ftalhydrazid på TiO2 är således en viktig faktor när denna metod används.</p><p>    Fotokatalytiskt verksamma TiO2-filmer på metallplattor framställdes med sol-gel metoden med titan-isopropoxide som TiO2-prekursor och isopropanol som lösningsmedel. Den fotokatalytiska aktiviteten av TiO2-belagda plattor utvärderades genom blekning av indigokarmin vid pH 9 under blacklight UV-bestrålning. Effekten av olika proportioner mellan isopropanol, vatten och saltsyra till titan isopropoxide undersöktes. Det visade sig att denfotokatalytiska aktiviteten av TiO2-plattorna i hög grad påverkades av kalcineringstemperatur, beläggningscykler och materialet i plattorna.</p>

The fossil hydrocarbons are not inexhaustible, and their use is not without impact in our need of energy, fuels and hydrocarbons as building blocks for organic materials. The quest for renewable, environmentally more friendly technologies are in need and woody biomass is a promising candidate, well provided in the boreal parts of the world. To convert the constituents of wood into valuable gaseous products, suitable for the end use required, we need a reliable gasification technology. But to become an industrial application on full scale there are still a few issues to take into account since the presence of contaminants in the process gas will pose several issues, both technical and operational, for instance by corrosion, fouling and catalyst deactivation. Furthermore the downstream applications may have very stringent needs for syngas cleanliness depending on its use. Therefore, the levels of contaminants must be decreased by gas cleanup to fulfil the requirements of the downstream applications. One of the most prominent problems in biomass gasification is the formation of tars – an organic byproduct in the degradation of larger hydrocarbons. So, tar degrading catalysts are needed in order to avoid tar related operational problems such as fouling but also reduced conversion efficiency. Deactivation of catalysts is generally inevitable, but the process may be slowed or even prevented. Catalysts are often very sensitive to poisonous compounds in the process gas, but also to the harsh conditions in the gasifier, risking problems as coke formation and attrition. Alongside with having to be resistant to any physical and chemical damage, the catalyst also needs to have high selectivity and conversion rate, which would result in a more or less tar-free gas. Commercial tar reforming catalysts of today often contain nickel as the active element, but also often display a moderate to rapid deactivation due to the causes mentioned.

Detta examensarbete beskriver optimering av ett katalytiskt protokoll för framställning av bisguaiacol F, ett ofarligt alternativ till bisphenol A. Lewissyrliga grupp IV metallkomplex med triflatligander användes som katalysatorer under milda betingelser och kinetisk analys användes för att underlätta optimeringen av reaktionsprotokollet för att öka utbyte och selektivitet för transformationen. Dessutom bidrog kinetiken med mekanistiska insikter och avslöjade att den nukleofila attacken starkt påverkar reaktionens selektivitet och utbyte. / This thesis describes the optimization of catalytic protocol for the formation of bisguaiacol F, a benign alternative to bisphenol A. Lewis acidic group IV metal complexes bearing triflate ligands were used as catalysts under mild conditions and kinetic analysis was used to aid optimization of the reaction protocol to increase the yield and selectivity of the transformation. In addition, the kinetics shed light on the operating mechanisms and revealed that competition of nucleophiles greatly impact selectivity and yield of the reaction.

Efterfrågan på energi ökar snabbt, och denna trend förväntas bestå. Det råder dock ingen tvekan om att världen för närvarande befinner sig i en energikris, som är en katastrof både ekonomiskt och miljömässigt. Följaktligen är sökandet efter alternativa energikällor för att ersätta fossila bränslen absolut nödvändigt. Biobränslen som härrör från biomassa ökar i popularitet på grund av deras höga tillgänglighet och förmåga att minska utsläppen av växthusgaser. Butylbutyrat är ett potentiellt substitut för diesel- och flygmotorbränsle, vilket gör det till en viktig energikälla för både land- och lufttransporter. I den här studien undersöks enzymatisk katalys för produktion av butylbutyrat genom förestring av butanol och smörsyra med hjälp av olika membran. Användningen av enzymer som katalysatorer erbjuder många fördelar jämfört med traditionella kemiska katalysatorer, såsom ökad selektivitet, mildare reaktionsförhållanden och miljövänliga processer. Estrarnas byggstenar, n-butanol och smörsyra, är viktiga kemikalier och kan produceras i biotekniska processer med hjälp av förnybara källor som lignocellulosabaserad biomassa, vilket bidrar till övergången från en petroleumbaserad till en hållbar energiförsörjning. Produktionen av butanol och smörsyra i bioreaktorer försvåras av de typiska hindren för biobränsleproduktion, såsom produkthämning, höga bearbetningskostnader i efterföljande led och låga utbyten. NanoLodge-projektet bygger på tre reaktorer, en för produktion av butanol och en för smörsyra, i två separata men sammankopplade kontinuerliga Clostridium fermenteringar, och ett tredje reaktionssystem för enzymatisk förestring. Alla tre processerna i en, med dedikerade membran som separerar de olika reaktiva systemen, förväntas öka utbytet och samtidigt skapa en mycket integrerad anläggning som kan skalas upp för storskalig drift. Med hjälp av Raman-spektroskopi, GC-FID, FTIR och SEM undersöktes och karakteriserades fem distinkta material och deras relativa membranförändringar, inklusive enzymet på det översta lagret. FTIR-resultaten indikerade att för några av dem var porerna effektivt fuktade med reaktanterna, och membranens hydrofobicitet ökades genom att applicera lämplig beläggning, som även innefattade enzymet. Även om varken syntes av butylbutyrat eller passage genom de olika skikten av membranen inträffade, visade Raman-spektroskopi och GC-FID att et av membranen var en möjlig kandidat för förestring. Dessutom kunde inte alla testade membran motstå reaktionsmediet eftersom SEM-bilder avslöjade att vissa områden av ytan och strukturen hade ändrats något. Mer studier behövs för att fastställa att det med lovande membranet och dess modifieringar, särskilt den hydrofoba naturen och det immobiliserade enzymet, är acceptabla för butylbutyratsyntes. Ytterligare forskning kan utforska processoptimering, enzymimmobiliseringstekniker och reningsmetoder nedströms för att förbättra den totala effektiviteten och ekonomiska bärkraften för denna enzymatiska förestringsprocess.

<p>Katalytisk förbränning är en lovande teknik för användning vid kraftgenerering, särskilt för</p><p>gasturbiner. Genom att använda katalytisk förbränning kan man nå mycket låga emissioner av kväveoxider</p><p>(NOX), kolmonoxid (CO) och oförbrända kolväten (UHC) samtidigt, vilket är svårt vid</p><p>konventionell förbränning. Förutom att man erhåller låga emissioner, kan katalytisk förbränning stabilisera</p><p>förbränningen och kan därmed användas för att uppnå stabil förbränning för gaser med låga</p><p>värmevärden. Denna avhandling behandlar huvudsakligen högtemperaturdelen av den katalytiska</p><p>förbränningskammaren. Kraven på denna del har visat sig svåra att nå. För att den katalytiska förbränningskammaren</p><p>ska kunna göras till ett alternativ till den konventionella, måste katalysatorer</p><p>med bättre stabilitet och aktivitet utvecklas.</p><p>Målet med denna avhandling har varit att utveckla katalysatorer med högre aktivitet och stabilitet,</p><p>lämpliga för högtemperaturdelen av en katalytisk förbränningskammare för förbränning av naturgas.</p><p>En mikroemulsionsbaserad framställningsmetod utvecklades för att undersöka om den kunde ge</p><p>katalysatorer med bättre stabilitet och aktivitet. Bärarmaterial som är kända för sin stabilitet, magnesia</p><p>och hexaaluminat, framställdes med den nya metoden. Mikroemulsionsmetoden användes också</p><p>för att impregnera de framställda materialen med de mer aktiva materialen perovskit (LaMnO3) och</p><p>ceriumdioxid (CeO2). Det visade sig att mikroemulsionsmetoden kan användas för att framställa katalysatorer</p><p>med bättre aktivitet jämfört med de konventionella framställningsmetoderna. Genom att</p><p>använda mikroemulsionen för att lägga på aktiva material på bäraren erhölls också en högre aktivitet</p><p>jämfört med konventionella beläggningsstekniker.</p><p>Eftersom katalysatorerna ska användas under lång tid i förbräningskammaren utfördes också en</p><p>åldringsstudie. Som jämförelse användes en av de mest stabila materialen som rapporterats i litteraturen:</p><p>LMHA (mangan-substituerad lantan-hexaaluminat). Resultaten visade att LMHA deaktiverade</p><p>mycket mer jämfört med flera av katalysatorerna innehållande ceriumdioxid på hexaaluminat som</p><p>framställts med den utvecklade mikroemulsionstekniken.</p> / <p>Catalytic combustion is a promising technology for power applications, especially gas turbines.</p><p>By using catalytic combustion ultra low emissions of nitrogen oxides (NO_X), carbon monoxide (CO)</p><p>and unburned hydrocarbons (UHC) can be reached simultaneously, which is very difficult with conventional</p><p>combustion technologies. Besides achieving low emission levels, catalytic combustion can</p><p>stabilize the combustion and thereby be used to obtain stable combustion with low heating-value</p><p>gases. This thesis is focused on the high temperature part of the catalytic combustor. The level of</p><p>performance demanded on this part has been proven hard to achieve. In order to make the catalytic</p><p>combustor an alternative to the conventional flame combustor, more stable catalysts with higher activity</p><p>have to be developed.</p><p>The objective of this work was to develop catalysts with higher activity and stability, suitable</p><p>for the high-temperature part of a catalytic combustor fueled by natural gas. A microemulsion-based</p><p>preparation method was developed for this purpose in an attempt to increase the stability and activity</p><p>of the catalysts. Supports known for their stability, magnesia and hexaaluminate, were prepared using</p><p>the new method. The microemulsion method was also used to impregnate the prepared material with</p><p>the more active materials perovskite (LaMnO₃) and ceria (CeO₂). It was shown that the microemulsion</p><p>method could be used to prepare catalysts with better activity compared to the conventional</p><p>methods. Furthermore, by using the microemulsion to apply active materials onto the support a</p><p>significantly higher activity was obtained than when using conventional impregnation techniques.</p><p>Since the catalysts will operate in the catalytic combustor for extended periods of time under</p><p>harsh conditions, an aging study was performed. One of the most stable catalysts reported in the</p><p>literature, LMHA (manganese-substituted lanthanum hexaaluminate), was included in the study for</p><p>comparison purposes. The results show that LMHA deactivated much more strongly compared to</p><p>several of the catalysts consisting of ceria supported on lanthanum hexaaluminate prepared by the</p><p>developed microemulsion method.</p>

This study analyzes the reactivity and selectivity of Friedel-Crafts alkylations using benzylic alcohols and phenols in the presence of a Lewis acid, to synthesize methoxylated bisphenols as a benign alternative to BPA. The degree of methoxylation on the electrophile appears to affect the yield of the reaction while the degree of methoxylation on the nucleophile appears to affect the selectivity. A more methoxylated electrophile results in a lower yield whereas a more methoxylated nucleophile results in a change in ratio between the bisphenol isomers and/or causes other isomers to form. Neither the yield nor the selectivity appears to be affected significantly by the temperature.

The chemical bond – a corner stone in science and a prerequisite for life – is the focus of this thesis. Fundamental and applied aspects of chemical bonding are covered including the development of new computational methods for the characterization and rationalization of chemical interactions. The thesis also covers the study of corrosion of copper-based materials. The latter is motivated by the proposed use of copper as encapsulating material for spent nuclear fuel in Sweden. In close collaboration with experimental groups, state-of-the-art computational methods were employed for the study of chemistry at the atomic scale. First, oxidation of nanoparticulate copper was examined in anoxic aqueous media in order to better understand the copper-water thermodynamics in relation to the corrosion of copper material under oxygen free conditions. With a similar ambition, the water-cuprite interface was investigated with regards to its chemical composition and reactivity. This was compared to the behavior of methanol and hydrogen sulfide at the cuprite surface. An overall ambition during the development of computational methods for the analysis of chemical bonding was to bridge the gap between molecular and materials chemistry. Theory and results are thus presented and applied in both a molecular and a solid-state framework. A new property, the local electron attachment energy, for the characterization of a compound’s local electrophilicity was introduced. Together with the surface electrostatic potential, the new property predicts and rationalizes regioselectivity and trends of molecular reactions, and interactions on metal and oxide nanoparticles and extended surfaces. Detailed atomistic understanding of chemical processes is a prerequisite for the efficient development of chemistry. We therefore envisage that the results of this thesis will find widespread use in areas such as heterogeneous catalysis, drug discovery, and nanotechnology. / Den kemiska bindningen – en hörnsten inom naturvetenskapen och oumbärlig för allt liv – är det centrala temat i den här avhandlingen. Både grundläggande och tillämpade aspekter behandlas. Detta inkluderar utvecklingen av nya beräkningsmetoder för förståelse och karaktärisering av kemiska interaktioner. Dessutom behandlas korrosion av kopparbaserade material. Det sistnämnda är motiverat av förslaget att använda koppar som inkapslingsmaterial för hanteringen av kärnavfall i Sverige. Kvantkemiska beräkningsmetoder enligt state-of-the-art har använts för att studera kemi på atomnivå, detta i nära sammabete med experimentella grupper. Initialt studerades oxidation av kopparnanopartiklar under syrgasfria och vattenrika förhållanden. Detta för att bättre kartlägga koppar-vattensystemets termodynamik. Av samma orsak detaljstuderades även gränsskiktet mellan vatten och kuprit med fokus på dess kemiska sammansättning och reaktivitet. Resultaten har jämförts med metanols och vätesulfids kemiska beteende på ytan av kuprit. En övergripande målsättningen under arbetet med att utveckla nya beräkningsbaserade analysverktyg för kemiska bindningar har varit att överbrygga gapet mellan molekylär- och materialkemi. Därför presenteras teoretiska aspekter samt tillämpningar från både ett molekylärt samt ett fast-fas perspektiv. En ny deskriptor för karaktärisering av föreningars lokala elektrofilicitet har introducerats – den lokala elektronadditionsenergin. Tillsammans med den elektrostatiska potentialen uppvisar den nya deskriptorn förmåga att förutsäga samt förklara regioselektivitet och trender för molekylära reaktioner, och för interaktioner på metal- och oxidbaserade nanopartiklar och ytor. En detaljerad förståelse av kemiska processer på atomnivå är en nödvändighet för ett effektivt utvecklande av kemivetenskapen. Vi förutspår därför att resultaten från den här avhandlingen kommer att få omfattande användning inom områden som heterogen katalys, läkemedelsdesign och nanoteknologi. / <p>QC 20170829</p>