Abstract: Глюкоза это широко применяемое в промышленности соединение. 5-Гидроксиметилфурфурол (5-ГМФ) представляется перспективным веществом для химической промышленности, производства пластмасс и биотоплив. Перспективным способом их получения представляется превращение непищевого полисахарида целлюлозы в присутствии катализаторов (Рисунок 1). Для этого процесса в работе впервые использованы твердые кислотные катализаторы оксида ниобия, нанесенного на оксид циркония, NbOx/ZrO2. Катализаторы, содержащие 0, 0.5, 1.1, 2.8% элемента Nb, приготовлены и охарактеризованы методами РФА, адсорбции N2, АЭС, ЭСДО. Показано наличие изолированных кластеров NbO4 в 0.5%Nb/ZrO2 и образование в 1.1%Nb/ZrO2 и 2.8%Nb/ZrO2 полимерных структур NbOx, количество которых увеличивается с ростом содержания Nb. Расчетная величина покрытия поверхности катализатора ниобиевыми частицами составила 40, 100 и 240% для 0.5, 1.1, 2.8% Nb. Катализаторы испытаны в гидролизе-дегидратации целлюлозы в глюкозу и 5-ГМФ. Основные продукты реакции - глюкоза и 5-ГМФ. Максимальные выходы побочных продуктов менее 1,5%. В присутствии всех катализаторов конверсия целлюлозы составила ок. 50%, а выходы глюкозы и 5-ГМФ 12-22 и 13-16%, соответственно, что заметно превышает выходы холостого опыта без катализатора. Катализатор 0.5%Nb/ZrO2 оказался в 2 раза менее активным по сравнению с чистым ZrO2, не содержащим промотирующей добавки. При дальнейшем увеличении содержания оксида ниобия активность катализатора вновь возрастала. Максимальные выходы целевых продуктов (22 и 16% глюкозы и 5-ГМФ, соответственно) достигнуты в присутствии катализатора состава 2.8%Nb/ZrO2. В целом активность катализаторов возрастала в ряду: 0.5%Nb/ZrO2 < ZrO2 << 1.1%Nb/ZrO2 ~ 2.8%Nb/ZrO2. Ряд активности катализаторов объяснен кислотно-основными свойствами ZrO2. Изолированные кластеры NbO4 оказывают ингибирующее действие на активность катализатора 0.5%Nb/ZrO2. Увеличение активности катализаторов, содержащих 1.1 и 2.8% Nb, связано с появлением бренстедовских кислотных центров на поверхности полимеров NbOx частиц. Близкая активность 1.1%Nb/ZrO2 и 2.8%Nb/ZrO2 связана с величиной покрытия поверхности катализатора Nb-содержащими частицами (100 и 240% для 1.1 и 2.8% Nb, соответственно).

Cite: Громов Н.В. , Таран О.П. , Пархомчук Е.В. , Пармон В.Н.
Превращение целлюлозы в глюкозу и 5-гидроксиметилфурфурол каталитическим способом в присутствии NbOx/ZrO2
XX Всероссийская молодежная школа-конференция по органической химии 18-21 сент. 2017