Современные катализаторы для процесса конверсии целлюлозы в гликоли
Автор: Филатова Анастасия Евгеньевна, Шиманская Елена Игоревна
Журнал: Бюллетень науки и практики @bulletennauki
Рубрика: Химические науки
Статья в выпуске: 11 (24), 2017 года.
Бесплатный доступ
Создание высокоэффективных каталитических систем для промышленных процессов тесно связано с активным развитием современной химии. Повышение эффективности катализаторов возможно обеспечить путем направленного формирования частиц металлов, проявляющих высокую каталитическую активность. В связи с этим, актуальными являются проблемы получения каталитических систем с обеспечением контроля над размером металлосодержащих частиц; стабилизации частиц полимерами; изучения физико-химических свойств таких катализаторов; исследования кинетики реакции и установления особенностей механизмов протекания процессов тонкого органического синтеза на полученных системах. Использование катализаторов на основе благородных металлов позволяет увеличить селективность и скорость промышленно-значимых процессов химической технологии. Среди каталитических процессов, одним из важных в практическом и теоретическом отношении является конверсия целлюлозы в гликоли. В настоящее время все большее внимание в научной и промышленной областях уделяется работам, направленным на разработку эффективных методов конверсии растительной биомассы в сырье для химической и топливной промышленности, в частности в этилен- и пропиленгликоль. Данные диолы являются важным сырьем, имеют широкое применение в производстве лекарственных препаратов, жидкого топлива, эмульгаторов, поверхностно-активных веществ, антифризов, смазочных материалов и растворителей, а также для синтеза полиэфирных волокон и смол. Большинство из применяемых в промышленности каталитических систем на основе никеля или рутения не обеспечивают высокую селективность и конверсию.
Гидрогенолиз целлюлозы, конверсия, селективность, полиолы, гликоли
Короткий адрес: https://sciup.org/14111329
IDR: 14111329 | УДК: 544.478 | DOI: 10.5281/zenodo.1048286
Modern catalysts for the process of conversion cellulose to glycols
Creation of highly efficient catalytic systems for industrial processes is closely connected with the active development of modern chemistry. An increase in the efficiency of the catalysts can be achieved by directional formation of metal particles exhibiting high catalytic activity. In this connection, the problems of obtaining catalytic systems with control over the size of metal-containing particles are topical; stabilization of particles by polymers; studying the physical and chemical properties of such catalysts; studies of the kinetics of the reaction and the establishment of specific features of the mechanisms of the processes of fine organic synthesis on the systems obtained. The use of noble metal catalysts makes it possible to increase the selectivity and speed of industrially significant processes in chemical technology. Among the catalytic processes, one of the most important in practical and theoretical terms is the conversion of cellulose to glycols. Currently, more attention is being paid in the scientific and industrial fields to work aimed at developing effective methods for converting plant biomass into raw materials for the chemical and fuel industries, in particular ethylene and propylene glycol. These diols are an important raw material, widely used in the manufacture of pharmaceuticals, liquid fuels, emulsifiers, surfactants, antifreezes, grease and solvents, as well as for the synthesis of polyester fibers and resins. Most of the nickel or ruthenium-based catalytic systems used in industry do not provide high selectivity for conversion. Using a catalyst containing Sn and Ni will improve the selectivity of the process and the activity of the catalyst.
Список литературы Современные катализаторы для процесса конверсии целлюлозы в гликоли
- Binder J. B., Raines R. T. Simple chemical transformation of lignocellulosic biomass into furans for fuels and chemicals//J. Am. Chem. Soc. 2009. V. 131. P. 1979-1985.
- Liu Y., Luo C., Liu H. C. Tungsten promoted selective conversion of cellulose into propylene glycol and ethylene glycol on a ruthenium catalyst//Angew. Chem. Int. Ed. 2012. 124. P. 3303-3307.
- Fukuoka A., Dhepe P. L. Catalytic Conversion of Cellulose into Sugar Alcohols//Angew. Chem. V. 118. P. 5285-5287.
- Wang A. Q., Zhang T. One-pot conversion of cellulose to ethylene glycol with multifunctional tungsten-based catalysts//Acc. Chem. Res. 2013. V. 46. P. 1377-1386.
- Liu Q. Y., Liao Y. H., Wang T. J., Cai C. L., Zhang Q., Tsubaki N., Ma L. L. One-pot transformation of cellulose to sugar alcohols over acidic metal phosphates combined with Ru/C//Ind. Eng. Chem. Res. 2014. V. 53. P. 12655-12664.
- Liu C. W., Zhang C. H., Liu K. K., Wang Y., Fan G. X., Sun S. K., Xu J., Zhu Y. L., Li Y. W. Aqueous-phase hydrogenolysis of glucose to value-added chemicals and biofuels: A comparative study of active metals//Biomass Bioenergy. 2015. V. 72. P. 189-199.
- Xiao Z. H., Jin S. H., Pang M., Liang C. H. Conversion of highly concentrated cellulose to 1,2-propanediol ethylene glycol over highly efficient CuCr catalysts//Green Chem. 2013. V. 15. P. 891-895.
- Denard C. A., Hartwig J. F., Zhao H. M. Multistep one-pot reaction combing biocatalysts and chemical catalysts for asymmetric synthesis//ACS Catal. 2013. V. 3. P. 2856-2864.
- Zhang J. Y., Hou B. L., Wang A. Q., Li Z. L., Wang H., Zhang T. Kinetic study of the competitive hydrogenation of glycolaldehyde and glucose on Ru/C with or without AMT//AIChE J. 2015. V. 61. P. 224-238.
- Ji N., Zhang T., Zheng M. Y., Wang A. Q., Wang H., Wang X. D., Chen J. G.//Angew. Chem. 2008. V. 120. P. 8638-8641.
- Ji N., Zhang T., Zheng M., Wang A., Wang H., Wang X., Shu Yu., Stottlemyer A. L., Chen J. G. Catalytic conversion of cellulose into ethylene glycol over supported carbide catalysts//Catalysis Today. 2009. V. 147. №2. P. 77-85 DOI: 10.1016/j.cattod.2009.03.012
- Zhang Y., Wang A., Zhang T. A new 3D mesoporous carbon replicated from commercial silica as a catalyst support for direct conversion of cellulose into ethylene glycol//Chemical Communications. 2010. V. 46. №6. P. 862-864 DOI: 10.1039/B919182H
- Zheng M. Y., Wang A. Q., Ji N., Pang J. F., Wang X. D., Zhang T. Transition metal-tungsten bimetallic catalysts for the conversion of cellulose into ethylene glycol//ChemSusChem. 2010. V. 3. №1. P. 63-66 DOI: 10.1002/cssc.200900197
- Matveeva V. G., Sulman E. M., Manaenkov O. V., Filatova A. E., Kislitza O. V., Sidorov A. I., Doluda V. Y., Sulman M. G., Rebrov E. V. Hydrolytic hydrogenation of cellulose in subcritical water with the use of the Ru-containing polymeric catalysts//Catalysis Today. 2017. V. 280. P. 45-50.
- Манаенков О. В., Филатова А. Е., Макеева О. Ю., Кислица О. В., Долуда В. Ю., Сидоров А. И., Матвеева В. Г., Сульман Э. М. Ru-содержащие катализаторы на полимерной основе для конверсии целлюлозы в полиолы//Катализ в промышленности. 2014. №2. С. 65-72.
- Ji N., Zheng M. Y., Wang A. Q., Zhang T., Chen J. G. Nickel-promoted tungsten carbide catalysts for the cellulose conversion: Effect of preparation methods//ChemSusChem. 2012. V. 5. P. 939-944.
- Beak I. G., You S. J., Park E. D. Direct conversion of cellulose into polyols over Ni/W/SiO2-Al2O3//Bioresour. Technol. 2012. V. 114. P. 684-690.
- Liu Y., Liu H. C. Kinetic insight into the effect of the catalytic functions on selective conversion of cellulose to polyols on carbon-supported WO3 and Ru catalysts//Catal. Today. 2016. V. 269. P. 74-81.
- Hirano Y., Sagata K., Kita Y. Selective transformation of glucose into propylene glycol on Ru/C catalysts combined with ZnO under low hydrogen pressures//Appl. Catal. A. 2015. V. 502. P. 1-7.
- Chen X. G., Wang X. C., Yao S. X., Mu X. D. Hydrogenolysis of biomass-derived sorbitol to glycols and glycerol over Ni-MgO catalysts//Catal. Commun. 2013. V. 39. P. 86-89.
- Sotak T., Schmidt T., Hronec M. Hydrogenolysis of polyalcohols in the presence of metal phosphide catalysts//Appl. Catal. A. 2013. V. 459. P. 26-33.
- Zhou L., Wang A., Li Ch., Zheng M., Zhang T. Selective Production of 1,2-Propylene Glycol from Jerusalem Artichoke Tuber using Ni-W2C/AC Catalysts//ChemSusChem. 2012. V. 5. P. 932-938.
- Fabicovicova K., Malter O., Lucas M., Claus P. Hydrogenolysis of cellulose to valuable chemicals over activated carbon supported mono-and bimetallic nickel/tungsten catalysts//Green Chem. 2014. V. 16. P. 3580-3588.
- Tanksale A., Beltramini J. N., Lu G. Q. M. Conversion of Cellulose to H2 Using Metals Supported Mesorporous Catalysts//nacatsoc.org.
- Deng T., Liu H. Direct conversion of cellulose into acetol on bimetallic Ni-SnOx/Al2O3 catalysts//Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2014. V. 388-389. P. 66-73.
- Liang G., He L., Arai M., Zhao F. The Pt-Enriched PtNi Alloy Surface and its Excellent Catalytic Performance in Hydrolytic Hydrogenation of Cellulose//ChemSusChem. 2014. V. 7. №5. P. 1415-1421.
