Синтез гетерогенного нанокомпозитного катализатора ZrO2@SBA-15 для получения муравьиной кислоты из гемицеллюлоз

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Синтезированы гетерогенные нанокомпозитные катализаторы состава ZrO2@SBA-15 с содержанием оксида циркония 10 мас. % двумя методами: соконденсацией и пропиткой по влагоемкости. Катализаторы и их носители охарактеризованы с применением широкого спектра физико-химических методов, включая методы рентгенофазового и рентгенофлуоресцентного анализов, низкотемпературной адсорбции–десорбции азота, сканирующей электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, ИК-спектроскопии. В результате внедрения оксида циркония в силикатную стенку SBA-15 сохраняется мезоструктура, однако снижаются удельная поверхность и объем пор. Установлено, что при одностадийном синтезе происходит укорочение волокон частиц и их слипание. Катализаторы испытаны в процессе каталитического гидролиза-окисления гемицеллюлоз древесины осины. Определены оптимальные условия процесса для синтеза муравьиной кислоты: 150°С, 3 ч. Выход муравьиной кислоты в оптимальных условиях на катализаторе, полученном методом соконденсации, составил 28.4 мас. %.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. А. Новикова

Институт химии и химической технологии СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: snovik.chem@gmail.com
Россия, ул. Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

Я. Р. Шаер

Институт химии и химической технологии СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский федеральный университет

Email: snovik.chem@gmail.com
Россия, ул. Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036; пр-т Свободный, 79, Красноярск, 660041

А. О. Еремина

Институт химии и химической технологии СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: snovik.chem@gmail.com
Россия, ул. Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

В. В. Сычев

Институт химии и химической технологии СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: snovik.chem@gmail.com
Россия, ул. Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

С. В. Барышников

Институт химии и химической технологии СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: snovik.chem@gmail.com
Россия, ул. Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

О. П. Таран

Институт химии и химической технологии СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский федеральный университет

Email: snovik.chem@gmail.com
Россия, ул. Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036; пр-т Свободный, 79, Красноярск, 660041

Список литературы

  1. Kresge C.T., Leonowicz M.E., Roth J.C. et al. // Nature. 1992. V. 359. № 6397. P. 710. https://doi.org/10.1038/359710a0
  2. Grams J., Jankowska A., Goscianska J. // Microporous Mesoporous Mater. 2023. V. 362. P. 112761. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2023.112761
  3. Reina A., Carmona‐Chávez R., Pulido‐Díaz et al. // ChemCatChem. 2023. V. 15. № 11. P. e202300285. https://doi.org/10.1002/cctc.202300285
  4. Wang J., Wang P., Wu Z. et al. // Rev. Chem. Engineer. 2023. V. 39. № 4. P. 541. https://doi.org/10.1515/revce-2021-0029
  5. Naranov E., Golubev O., Zanaveskin K. et al. // ACS Omega. 2020. V. 5. № 12. P. 6611. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b04373
  6. Kokliukhin A., Nikulshina M., Sheldaisov-Meshcheryakov et al. // Catal. Lett. 2018. V. 148. P. 2869. https://doi.org/10.1007/s10562-018-2480-7
  7. Wang W., Zhang H., Zhou F. et al. // ACS Appl. Mate. Interf. 2023. V. 15. № 28. P. 33654. https://doi.org/10.1021/acsami.3c06165
  8. Ding Y., Peng W., Zhang et al. // J. Colloid and Interface Science. 2023. V. 630. P. 879. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.10.048
  9. Ghosh A., Chowdhury B., Bhaumik A. // Catalysts. 2023. V. 13. № 2. P. 354. https://doi.org/10.3390/catal13020354
  10. Yang G., Wang L., Jiang H. // Reaction Chem. Engineer. 2020. V. 5. № 9. P. 1833. https://doi.org/10.1039/D0RE00160K
  11. Tosuwan P., Chen S.-Y., Tateno et al. // Catal. Comm. 2022. V. 170. P. 106488. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2022.106488
  12. Mondal U., Yadav G.D. // Reaction Chem. Engineer. 2022. V. 7. № 6. P. 1391. https://doi.org/10.1039/D2RE00025C
  13. Li L., Yan B., Li H. et al. // Renewable Energy. 2020. V. 146. P. 643. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.07.015
  14. Chen L., Yan W., He X. et al. // Radioanal. Nucl. Chem. 2020. V. 326. № 2. P. 1027. https://doi.org/10.1007/s10967-020-07372-6
  15. Tamizhdurai P., Sakthinathan S., Santhana Krishnan et al. // J. Molecular Structure. 2019. V. 1176. P. 650. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2018.09.007
  16. Tang Y., Chen Y., Wu Y. et al. // Microporous Mesoporous Mater. 2016. V. 224. P. 420. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2015.11.053
  17. Sabbaghi A., Lam F.L.Y., Hu X. // J. Molecular Catalysis A: Chem. 2015. V. 409. P. 69. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2015.08.005
  18. Cheng C., Li H., Fu Q. et al. // Comput. Mater. Sci. 2018. V. 147. P. 81. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2018.01.051
  19. Landau M.V., Titelman L., Vradman L. et al. // Chem. Commun. 2003. V. 5. P. 594. https://doi.org/10.1039/b211585a
  20. Wei Y., Li Y., Tan Y. et al. // Mater. Lett. 2015. V. 141. P. 145. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.11.066
  21. Ogura M., Guillet-Nicolas R., Brouri D. et al. // Microporous Mesoporous Mater. 2016. V. 225. P. 440. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2016.01.026
  22. Chen W.-K., Tseng H.-H., Wei M.-C. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2014. V. 39. № 34. P. 19555. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.08.154
  23. Kaminski P., Ziolek M. // J. Catalysis. 2014. V. 312. P. 249. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2014.02.005.
  24. Gracia M.D., Balu A.M., Campelo J.M. et al. // Appl. Catal. A: General. 2009. V. 371. № 1. P. 85. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2009.09.033
  25. Taran O.P., Sychev V.V., Kuznetsov B.N. // Catal. Industry. 2021. V. 13. P. 289. https://doi.org/10.1134/S2070050421030119
  26. Mu S., Liu K., Li H. et al. // Fuel Processing Technology. 2022. V. 233. P. 107292. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2022.107292
  27. Sychev V.V., Malyar Y.N., Skripnikov A. et al. // Molecules. 2022. V. 27. № 24. P. 8756. https://doi.org/10.3390/molecules27248756
  28. Zhao D., Huo Q., Feng J. et al. // J. Am. Chem. Soc. 1998. V. 120. № 24. P. 6024. https://doi.org/10.1021/ja974025i
  29. Parfenov V., Ponomarenko I., Novikova S. // Mater. Chem. Phys. 2019. V. 232. P. 193. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.04.087
  30. Parfenov V., Ponomarenko I., Zharkov S., Kirik S. // Glass Phys. Chem. 2014. V. 40. P. 69. https://doi.org/10.1134/S1087659614010179
  31. Thunyaratchatanon C., Luengnaruemitchai A., Chaisuwan N. et al. // Microporous and Mesoporous Materials. 2017. V. 253. P. 18. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2017.06.015
  32. Gutiérrez O.Y., Ayala E., Puente I. et al. // Chem. Engineer. Comm. 2009. V. 196. № 10. P. 1163. https://doi.org/10.1080/00986440902831789
  33. Rouquerol J., Rouquerol F., Llewellyn P. et al. // Adsorption by powders and porous solids: principles, methodology and applications. Academic press, 2013.
  34. Jaroniec M., Solovyov L.A. // Langmuir. 2006. V. 22. № 16. P. 6757. https://doi.org/10.1021/la0609571
  35. Xi J., Zhang Y., Xia Q. et al. // Appl. Catal. A: General. 2013. V. 459. P. 52. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2013.03.047
  36. Luo C., Wang S., Liu H. // Angewandte Chemie Int. Edition. 2007. V. 46. № 40. P. 7636. https://doi.org/10.1002/anie.200702661
  37. Tikhov S., Mel’gunova E., Mel’gunov M. et al. // Inorg. Mater. 2017. V. 53. P. 1322. https://doi.org/10.1134/S0020168517120172
  38. Huang Y.-Y., McCarthy T.J., Sachtler W.M. // Appl. Catal. A: General. 1996. V. 148. № 1. P. 135. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(96)00223-2
  39. Rissanen J.V., Lagerquist L., Eränen K. et al. // Carbohydrate Polymers. 2022. V. 293. P. 119740. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119740
  40. Borovkova V.S., Malyar Y.N., Sudakova I.G. et al. // Polymers. 2022. V. 14. P. 4521. https://doi.org/10.3390/polym14214521
  41. Sairanen E., Karinen R., Lehtonen J. // Catal. Lett. 2014. V. 144. P. 1839. https://doi.org/10.1007/s10562-014-1350-1
  42. Rackemann D.W., Doherty W.O.S. // Biofuels Bioprod. Bioref. 2011. V. 5. № 2. P. 198. https://doi.org/10.1002/bbb.267
  43. Almhofer L., Bischof R.H., Madera M. et al. // Can. J. Chem. Engineer. 2023. V. 101. № 4. P. 2033. https://doi.org/10.1002/cjce.24593

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рентгенограммы катализаторов и носителей в области малых углов. На вставке представлены рентгенограммы катализаторов в области больших углов.

Скачать (155KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изотермы низкотемпературной адсорбции–десорбции азота (a) и распределение пор по размерам (б) для носителей и катализаторов на их основе по адсорбционной кривой.

Скачать (220KB)
Метаданные
4. Рис. 3. ИК-спектры носителей и катализаторов. На вставке представлена область 1400–750 см–1.

Скачать (276KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Микрофотографии СЭМ носителя SBA-15 (а), СЭМ и ПЭМ катализатора ZrO2-SBA-15 (б) и (в) соответственно.

Скачать (204KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия катализаторов: ZrO2-SBA-15 (а), ZrO2/SBA-15f (б).

Скачать (340KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Кривые накопления углекислого газа (а) и муравьиной кислоты (б) на катализаторе ZrO2-SBA-15 при разных температурах.

Скачать (166KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024