Отправить статью по E-mail 
Зависимость селективности гидрирования фурфурола в присутствии рутениевых катализаторов от типа их носителя и параметров реакции
- Авторы: Бороноев М.П.1, Шакиров И.И.1, Ролдугина Е.А.1, Кардашева Ю.С.1, Верченко В.Ю.1, Кардашев С.В.1
-
Учреждения:
- Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
- Выпуск: Том 64, № 1 (2024)
- Страницы: 86-96
- Раздел: Статьи
- URL: https://ogarev-online.ru/0028-2421/article/view/261210
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0028242124010086
- EDN: https://elibrary.ru/OIIKJY
- ID: 261210
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
Синтезированы катализаторы на основе наночастиц Ru, нанесенных на следующие носители: наносферический мезопористый фенолформальдегидный полимер; мезопористый цирконосиликат; композитный материал на основе мезопористых углеродных наносфер и цирконосиликата. Катализаторы испытаны в гидрировании фурфурола в воде при температурах 100–250°С и давлении водорода 1–5 МПа. Установлено влияние загрузки катализатора и времени реакции на конверсию и селективность процесса. Показано, что катализатор на основе композитного материала обладает более высокой активностью и селективностью в воднофазном гидрировании фурфурола.
Полный текст
Об авторах
Максим Павлович Бороноев
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Автор, ответственный за переписку.
Email: maxbv04@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6129-598X
н.с., химический факультет
Россия, Москва, 119991Искандер Ильгизович Шакиров
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Email: maxbv04@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2029-693X
химический факультет
Россия, Москва, 119991Екатерина Алексеевна Ролдугина
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Email: maxbv04@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9194-1097
к.х.н., химический факультет
Россия, Москва, 119991Юлия Сергеевна Кардашева
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Email: maxbv04@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6580-1082
к.х.н., химический факультет
Россия, Москва, 119991Валерий Юрьевич Верченко
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Email: maxbv04@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8000-425X
к.х.н., химический факультет
Россия, Москва, 119991Сергей Викторович Кардашев
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
Email: maxbv04@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1818-7697
к.х.н., химический факультет
Россия, Москва, 119991Список литературы
- Zaera F. Nanostructured materials for applications in heterogeneous catalysis // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42 № 7. P. 2746–2762. https://doi.org/10.1039/C2CS35261C
- Verma P., Kuwahara Y., Mori K., Raja R., Yamashita H. Functionalized mesoporous SBA-15 silica: recent trends and catalytic applications // Nanoscale. 2020. V. 12. № 21. P. 11333–11363. https://doi.org/10.1039/D0NR00732C
- Perego C., Millini R. Porous materials in catalysis: challenges for mesoporous materials // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. № 9. P. 3956–3976. https://doi.org/10.1039/C2CS35244C
- Muylaert I., Verberckmoes A., De Decker J., Van Der Voort P. Ordered mesoporous phenolic resins: highly versatile and ultra stable support materials // Adv. Colloid Interface Sci. 2012. V. 175. P. 39–51. https://doi.org/10.1016/j.cis.2012.03.007
- Zhu H., Maheswari R., Ramanathan A., Subramaniam B. Evaporation-induced self-assembly of mesoporous zirconium silicates with tunable acidity and facile catalytic dehydration activity // Micropor. Mesopor. Mat. 2016. V. 223 P. 46–52. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2015.10.026
- Yu Z., Tian H., Sun K., Shao Y., Zhang L., Zhang S., Duan P., Liu Q., Niu S., Dong D., Hu X. Impacts of externally added Brønsted and Lewis acid on conversion of furfural to cyclopentanone over Ni/SiC catalyst // Mol. Cat. 2020. V. 496. ID. 111187. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2020.111187
- Rayner G.B., Jr., Kang D., Lucovsky G. Spectroscopic study of chemical phase separation in zirconium silicate alloys // J. Vac. Sci. Technol. B: Microelectron. Nanometer Struct. Process Meas. Phenom. 2003. V. 21. № 4. P. 1783–1791.
- Podyacheva O.Y., Bulushev D.A., Suboch A.N., Svintsitskiy D.A., Lisitsyn A.S., Modin E., Chuvilin A., Gerasimov E.Y., Sobolev V.I., Parmon V.N. Highly stable single-atom catalyst with ionic Pd active sites supported on N-doped carbon nanotubes for formic acid decomposition // ChemSusChem. 2018. V. 11. № 21. P. 3724–3727. https://doi.org/10.1002/cssc.201801679
- Mason M.G. Electronic structure of supported small metal clusters // Phys. Rev. B. 1983. V. 27. № 2. P. 748–762. https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.27.748
- Zhang F., Liang C., Wu X., Li H. A nanospherical ordered mesoporous Lewis acid polymer for the direct glycosylation of unprotected and unactivated sugars in water // Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2014. V. 53. № 32. P. 8498–8502. https://doi.org/10.1002/anie.201404353
- Choy J.H., Yoon J.B., Jung H., Park J.H. Zr K-Edge XAS and 29 Si MAS NMR studies on hexagonal mesoporous zirconium silicate // J. of Porous Mater. 2004. V. 11. P. 123–129. https://doi.org/10.1023/B: JOPO.0000038007.82949.e
- Meng Y., Gu D., Zhang F., Shi Y., Yang H., Li Z., Yu C., Tu B., Zhao D. Ordered mesoporous polymers and homologous carbon frameworks: amphiphilic surfactant templating and direct transformation // Angew. Chem. Int. Ed. 2005. V. 44. № 43. P. 7053–7059. https://doi.org/10.1002/anie.200501561
- Rayner G.B., Kang D., Hinkle C.L., Hong J.G., Lucovsky G. Chemical phase separation in Zr silicate alloys: a spectroscopic study distinguishing between chemical phase separation with different degree of micro- and nano-crystallinity // Microelectron. Eng. 2004. V. 72. № 1. P. 304–309. https://doi.org/10.1016/j.mee.2004.01.008
- Li Y.S., Wong P.C., Mitchell K.A.R. XPS investigations of the interactions of hydrogen with thin films of zirconium oxide II. Effects of heating a 26 Å thick film after treatment with a hydrogen plasma // Appl. Surf. Sci. 1995. V. 89. № 3. P. 263–269. https://doi.org/10.1016/0169-4332(95)00032-1
- Yue Z.R., Jiang W., Wang L., Gardner S.D., Pittman C.U. Surface characterization of electrochemically oxidized carbon fibers // Carbon. 1999. V. 37. № 11. P. 1785–1796. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(99)00047-0
- Morgan D.J. Resolving ruthenium: XPS studies of common ruthenium materials // Surf. Interface Anal. 2015. V. 47. № 11. P. 1072–1079. https://doi.org/10.1002/sia.5852
- Okal J. The interaction of oxygen with high loaded Ru/γ-Al2O3 catalyst // Mater. Res. Bull. 2009. V. 44. № 2. P. 318–323. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2008.05.018
- Barzetti T., Selli E., Moscotti D., Forni L. Pyridine and ammonia as probes for FTIR analysis of solid acid catalysts // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1996. V. 92. № 8. P. 1401–1407. https://doi.org/10.1039/FT9969201401
- Panagiotopoulou P., Vlachos D.G. Liquid phase catalytic transfer hydrogenation of furfural over a Ru/C catalyst // Appl. Catal. A. 2014. V. 480. P. 17–24. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2014.04.018
- Swift T.D., Nguyen H., Erdman Z., Kruger J.S., Nikolakis V., Vlachos D.G. Tandem Lewis acid/Brønsted acid-catalyzed conversion of carbohydrates to 5-hydroxymethylfurfural using zeolite beta // J. of Catal. 2016. V. 333. P. 149–161. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2015.10.009
Дополнительные файлы
Доп. файлы
Действие
1.
JATS XML
2.
Рис. 1. Изотермы адсорбции/десорбции азота (а) и распределения пор по размерам (б) мезопористых материалов.
Скачать (178KB)
3.
Рис. 2. Дифрактограммы мезопористых материалов.
Скачать (115KB)
4.
Рис. 3. Микрофотография (а) и энергодисперсионный спектр (б) мезопористого композитного материала на основе углеродных наносфер и цирконосиликата.
Скачать (119KB)
5.
Рис. 4. Микрофотографии и распределения по размерам наночастиц Ru-катализаторов, нанесенных на: (а, б) – мезопористый наносферический полимер; (в, г) – мезопористый цирконосиликат; (д, е) – мезопористый материал на основе углеродных наносфер и цирконосиликата.
Скачать (519KB)
6.
Рис. 5. Разложенные на компоненты спектры Zr3d для Ru-катализаторов, нанесенных на: (а) мезопористый цирконосиликат; (б) мезопористый материал на основе углеродных наносфер и цирконосиликата. (1) – Zr4+; (2) – Zrx+ (x ≤ 3).
Скачать (131KB)
7.
Рис. 6. Разложенные на компоненты спектральные регионы Ru3d и C1s для образцов Ru-катализаторов, нане- сенных на: (а) мезопористый материал на основе углеродных наносфер и цирконосиликата; (б) мезопористый цирконосиликат; (в) мезопористый наносферический полимер. C1s (1) – (–С–С–)- и (–С–Н)-группы; C1s (2) – (–С–ОН)- и (С=О)-группы; C1s (3) – (–СООН)-группа; Ru3d (1) – дублет от Ru0; Ru3d (2) – дублет от Ru4+.
Скачать (194KB)
8.
Рис. 7. ИК-спектры адсорбированного пиридина на Ru-катализаторах.
Скачать (146KB)
9.
Рис. 8. Конверсия фурфурола и селективности образования продуктов его гидрирования в зависимости от температуры на Ru-катализаторах, нанесенных на: (а) мезопористый наносферический полимер; (б) мезопористый цирконосиликат; (в) мезопористый материал на основе углеродных наносфер и цирконосиликата. * Условия реакции: 3 MПa Н2, 2 ч, 50 мкл фурфурола, 4 мг катализатора, 2 мл воды. ** Другие соединения: 2-метилфуран, тетрагидро-2-метилфуран, тетрагидрофурфураль, пентанол, пентандиол-1,4, 3-ацетил-1-пропанол, 2-циклопентенон, 4-гирокси-2-циклопентенон, 2-фурфурил-5-метилфуран, дифурфуриловый эфир.
Скачать (188KB)
10.
Рис. 9. Конверсия фурфурола и селективности образования продуктов его гидрирования в зависимости от давления на Ru-катализаторах, нанесенных на: (а) мезопористый наносферический полимер; (б) мезопористый цирконосиликат; (в) мезопористый материал на основе углеродных наносфер и цирконосиликата. * Условия реакции: 170°С, 2 ч, 50 мкл фурфурола, 4 мг катализатора, 2 мл воды. ** Другие: 2-метилфуран, тетрагидро-2-метилфуран, тетрагидрофурфураль, пентанол, пентандиол-1,4, 3-ацетил-1-пропанол, 2-циклопентенон, 4-гирокси-2-циклопентенон, 2-фурфурил-5-метилфуран, дифурфуриловый эфир.
Скачать (172KB)
11.
Рис. 10. Конверсия фурфурола и селективности образования продуктов его гидрирования в зависимости от массы катализатора на Ru-катализаторах, нанесенных на: (а) мезопористый наносферический полимер; (б) мезопористый цирконосиликат; (в) мезопористый материал на основе углеродных наносфер и цирконосиликата. * Условия реакции: 170°С, 3 МПа Н2, 2 ч, 50 мкл фурфурола, 2 мл воды. ** Другие: 2-метилфуран, тетрагидро-2-метилфуран, тетрагидрофурфураль, пентанол, пентандиол-1,4, 3-ацетил-1-пропанол, 2-циклопентенон, 4-гирокси-2-циклопентенон, 2-фурфурил-5-метилфуран, дифурфуриловый эфир.
Скачать (172KB)
12.
Рис. 11. Конверсия фурфурола и селективности образования продуктов его гидрирования в зависимости от времени реакции на Ru-катализаторах, нанесенных на: (а) мезопористый наносферический полимер; (б) мезопористый цирконосиликат; (в) мезопористый материал на основе углеродных наносфер и цирконосиликата. * Условия реакции: 170°С, 3 МПа Н2, 50 мкл фурфурола, 4 мг катализатора, 2 мл воды. ** Другие: 2-метилфуран, тетрагидро-2-метилфуран, тетрагидрофурфураль, пентанол, пентандиол-1,4, 3-ацетил-1-пропанол, 2-циклопентенон, 4-гирокси-2-циклопентенон, 2-фурфурил-5-метилфуран, дифурфуриловый эфир.
Скачать (148KB)
