Зависимость селективности гидрирования фурфурола в присутствии рутениевых катализаторов от типа их носителя и параметров реакции

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

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.

全文:

受限制的访问

作者简介

Максим Бороноев

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

编辑信件的主要联系方式.
Email: maxbv04@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6129-598X

н.с., химический факультет

俄罗斯联邦, Москва, 119991

Искандер Шакиров

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: maxbv04@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2029-693X

химический факультет

俄罗斯联邦, Москва, 119991

Екатерина Ролдугина

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: maxbv04@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9194-1097

к.х.н., химический факультет

俄罗斯联邦, Москва, 119991

Юлия Кардашева

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: maxbv04@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6580-1082

к.х.н., химический факультет

俄罗斯联邦, Москва, 119991

Валерий Верченко

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: maxbv04@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8000-425X

к.х.н., химический факультет

俄罗斯联邦, Москва, 119991

Сергей Кардашев

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Email: maxbv04@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1818-7697

к.х.н., химический факультет

俄罗斯联邦, Москва, 119991

参考

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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.
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. 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

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Fig. 1. Isotherms of nitrogen adsorption/desorption (a) and pore size distribution (b) of mesoporous materials.

下载 (178KB)
3. Fig. 2. Diffractograms of mesoporous materials.

下载 (115KB)
4. Fig. 3. Micrography (a) and energy dispersion spectrum (b) of a mesoporous composite material based on carbon nanospheres and zirconosilicate.

下载 (119KB)
5. Fig. 4. Micrographs and size distributions of Ru catalyst nanoparticles deposited on: (a, b) – mesoporous nanospheric polymer; (c, d) – mesoporous zircon silicate; (d, e) is a mesoporous material based on carbon nanospheres and zirconosilicate.

下载 (519KB)
6. Fig. 5. Zr3d spectra decomposed into components for Ru catalysts deposited on: (a) mesoporous zircon silicate; (b) mesoporous material based on carbon nanospheres and zirconosilicate. (1) – Zr4+; (2) – Zrx+ (x ≤ 3).

下载 (131KB)
7. Fig. 6. The spectral regions Ru3d and C1s decomposed into components for samples of Ru catalysts applied to: (a) mesoporous material based on carbon nanospheres and zircon silicate; (b) mesoporous zircon silicate; (c) mesoporous nanospheric polymer. C1s (1) – (–C–C–)- and (–C–H)-groups; C1s (2) – (–C–OH)- and (C=O)-groups; C1s (3) – (–SON)-group; Ru3d (1) – doublet from Ru0; Ru3d (2) – doublet from Ru4+.

下载 (194KB)
8. Fig. 7. IR spectra of adsorbed pyridine on Ru catalysts.

下载 (146KB)
9. Fig. 8. Conversion of furfural and selectivity of formation of its hydrogenation products depending on temperature on Ru- talizers deposited on: (a) mesoporous nanospheric polymer; (b) mesoporous zircon silicate; (c) mesoporous material based on carbon nanospheres and zircon silicate. * Reaction conditions: 3 MPa H2. 2 h, 50 µl of furfural, 4 mg of catalyst, 2 ml of water. ** Other compounds: 2-methylfuran, tetrahydro-2- methylfuran, tetrahydrofurfural, pentanol, pentanediol-1,4, 3- acetyl-1-propanol, 2-cyclopentenone, 4-gyroxy-2- cyclopentone, 2-furfuryl-5-methylfuran, difurfuryl ether.

下载 (188KB)
10. Fig. 9. Conversion of furfural and selectivity of formation of its hydrogenation products depending on pressure on Ru catalysts deposited on: (a) mesoporous nanospheric polymer; (b) mesoporous zircon silicate; (c) mesoporous material based on carbon nanospheres and zircon silicate. * Reaction conditions: 170 °C, 2 h, 50 µl of furfural, 4 mg of catalyst, 2 ml of water. ** Others: 2-methylfuran, tetrahydro-2-methylfuran, tetrahydrofurfural, pentanol, pentanediol-1,4, 3-acetyl-1- propanol, 2-cyclopentenone, 4-gyroxy-2-cyclopentenone, 2- furfuryl-5-methylfuran, difurfuryl ether.

下载 (172KB)
11. Fig. 10. Conversion of furfural and selectivity of formation of its hydrogenation products depending on the mass of the catalyst on Ru catalysts deposited on: (a) mesoporous nanospheric polymer; (b) Mesoporous zircon silicate; (c) mesoporous material based on carbon nanospheres and zirconosilicate. * Reaction conditions: 170°C, 3 MPa H2. 2 h, 50 µl furfural, 2 ml of water. ** Others: 2-methylfuran, tetrahydro-2-methylfuran, tetrahydrofurfural, pentanol, pentanediol-1,4, 3-acetyl-1- propanol, 2-cyclopentenone, 4-gyroxy-2-cyclopentenone, 2- furfuryl-5-methylfuran, difurfuryl ether.

下载 (172KB)
12. Fig. 11. Conversion of furfural and the selectivity of the formation of its hydrogenation products depending on the reaction time on Ru catalysts deposited on: (a) mesoporous nanospheric polymer; (b) Mesoporous zircon silicate; (c) mesoporous material based on carbon nanospheres and zirconosilicate. * Reaction conditions: 170 °C, 3 MPa H2, 50 µl of furfural, 4 mg of catalyst, 2 ml of water. ** Others: 2-methylfuran, tetrahydro-2-methylfuran, tetrahydrofurfural, pentanol, pentanediol-1,4, 3-acetyl-1- propanol, 2-cyclopentenone, 4-gyroxy-2-cyclopentenone, 2- furfuryl-5-methylfuran, difurfuryl ether.

下载 (148KB)

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».