Oxidation of 5-Hydroxumethylfurfural over Supported Pd-Containing Catalysts

K. L. Timofeev; Тимофеев К. Л.; D. P. Morilov; Морилов Д. П.; T. S. Kharlamova; Харламова Т. С.

doi:10.31857/S0453881123040147

Окисление 5-гидроксиметилфурфурола на нанесенных палладиевых катализаторах

Авторы: Тимофеев К.Л.¹, Морилов Д.П.¹, Харламова Т.С.¹
Учреждения:
1. ФГАОУ ВО Национальный исследовательский Томский государственный университет
Выпуск: Том 64, № 4 (2023)
Страницы: 437-446
Раздел: 7-я Международная школа-конференция молодых ученых “Катализ: от науки к промышленности”
URL: https://kazanmedjournal.ru/0453-8811/article/view/660307
DOI: https://doi.org/10.31857/S0453881123040147
EDN: https://elibrary.ru/RSFDKW
ID: 660307

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Представлены результаты исследования катализаторов Pd/TiO₂ и Pd/ZrO₂, приготовленных методом пропитки с использованием разных условий термической обработки, в реакции окисления 5-гидроксиметилфурфорола (5-ГМФ). Катализаторы изучены методами РФА, РФС, низкотемпературной адсорбции азота и импульсной адсорбции СО. Каталитические исследования проводили в мягких условиях окисления 5-ГМФ: при температуре 80°C, давлении кислорода 5 атм и применении NaHCO₃ в качестве щелочного агента. Показано, что условия температурной обработки существенно влияют на формирование активного компонента в Pd/TiO₂ и Pd/ZrO₂ катализаторах, определяя его дисперсность и взаимодействие с носителем и, как следствие, каталитические свойства получаемых материалов.

Ключевые слова

окисление 5-гидроксиметилфурфурола, 2,5-фурандикарбоновая кислота, нанесенные палладиевые катализаторы

Список литературы

Sheldon R.A. Green and sustainable manufacture of chemicals from biomass: state of the art // Green Chem. 2014. V. 16. P. 950.
Corma A., Iborra S., Velty A. Chemical routes for the transformation of biomass into chemicals // Chem. Rev. 2007. V. 107. № 6. P. 2411.
Мироненко Р.М., Бельская О.Б., Лавренов А.В., Лихолобов В.А. Палладий-рутениевый катализатор для селективного гидрирования фурфурола до циклопентанола // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. № 3. С. 347.
Нуждин А.Л., Симонов П.А., Бухтияров В.И. Восстановительное аминирование 5-гидроксиметилфурфурола посредством гидрирования промежуточных иминов на катализаторах Pt/Al2O3 в проточном реакторе // Кинетика и катализ. 2021. Т. 62. № 4. С. 459.
Roy Goswami S., Dumont M.-J., Raghavan V. Starch to value added biochemicals // Starch Stärke. 2016. V. 68. P. 274.
Кашпарова В.П., Чернышева Д.В., Клушин В.А., Андреева В.Е., Кравченко О.А., Смирнова Н.В. Фурановые мономеры и полимеры из возобновляемой растительного сырья // Успехи химии. 2021. Т. 90. № 6. С. 750.
Gallezot P. Conversion of biomass to selected chemical products // Chem. Soc. Rev. 2012. V. 41. P. 1538.
Clark H.J., EI Deswarte F., Farmer J. The integration of green chemistry into future biorefineries // Biofuels Bioprod. Biorefin. 2009. V. 3. P. 72.
Zhang Z., Zhen J., Liu B., Lv K., Deng K. Selective aerobic oxidation of the biomass-derived precursor 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-furandicarboxylic acid under mild conditions over a magnetic palladium nanocatalyst // Green Chem. 2015. V. 17. P. 1308.
Zhao D., Ting S., Wang Y., Varma R.S., Len C. Recent advances in catalytic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural // Mol. Catal. 2020. V. 111133. P. 495.
Sajid M., Zhao X., Liu D. Production of 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) from 5-hydroxymethylfurfural (HMF): recent progress focusing on the chemical-catalytic routes // Green Chem. 2018. V. 20. P. 5427.
Hameed S., Lin L., Wang A., Luo W. Recent Developments in Metal-Based Catalysts for the Catalytic Aerobic Oxidation of 5-Hydroxymethyl-Furfural to 2,5-Furandicarboxylic Acid // Catalysts. 2020. V. 10. P. 120.
German D., Pakrieva E., Kolobova E., Carabineiro S.A.C., Stucchi M., Villa A., Prati L., Bogdanchikova N., Cortés Corberán V., Pestryakov A. Oxidation of 5-Hydroxymethylfurfuralon supported Ag, Au, Pd and bimetallic Pd-Au catalysts: effect of the support // Catalysts. 2021. V. 11. P. 115.
Siyo B., Schneider M., Radnik J.J., Pohl M.-M.M., Langer P., Steinfeldt N. Influence of support on the aerobic oxidation of HMF into FDCA over preformed Pd nanoparticle based materials // Appl. Catal. A: Gen. 2014. V. 478. P. 107.
Schade O.R., Kalz K.F., Neukum D., Kleist W., Grunwaldt J.-D. Supported goldand silver-based catalysts for the selective aerobic oxidation of 5-(hydroxymethyl) furfural to 2,5-furandicarboxylic acid and 5-hydroxymethyl-2-furancarboxylic acid // Green Chem. 2018. V. 20. P. 3530.
Albonetti S., Lolli A., Morandi V., Migliori A., Lucarelli C., Cavani F. Conversion of 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-furandicarboxylic acid over Au-based catalysts: optimization of active phase and metal–support interaction // Appl. Catal. B: Env. 2015. V. 163. P. 520.
Xia H., An J., Hong M., Xu S., Zhang L., Zu S. Aerobic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-difurancarboxylic acid over Pd-Au nanoparticles supported on Mg-Al hydrotalcite // Catal. Today. 2019. V. 319. № 1. P. 113.
Xu H., Li X., Hu W., Yu Z., Zhou H., Zhu Y., Lu L., Si C. Research progress of highly efficient noble metal catalysts for the oxidation of 5-hydroxymethylfurfural // ChemSusChem. 2022. V. 15. P. e202200352.
Fadonia M., Lucarelli L. Temperature programmed desorption, reduction, oxidation and flow chemisorption for the characterisation of heterogeneous catalysts. Theoretical aspects, instrumentation and applications // Surf. Sci. Catal. 1999. V. 120 (A). P. 177.
Thomme M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report) // Pure Appl. Chem. 2015. V. 87. P. 1051.
Samadi P., Binczarski M.J., Pawlaczyk A., Rogowski J., Szynkowska-Jozwik M.I., Witonska I.A. CO oxidation over Pd catalyst supported on porous TiO2 prepared by plasma electrolytic oxidation (PEO) of a Ti metallic carrier // Materials. 2022. V. 15. P. 4301.
Rinaudo M.G., Beltrán A.M., Fernández A., Cadús L.E., Morales M.R. Pd supported on defective TiO2 polymorphic mixtures: effect of metal-support interactions upon glycerol selective oxidation // Results in Engineering. 2022. V. 16. P. 100737.
Cecilia J.A., Machogo L., Torres-Bujalance V., Jiménez-Gómez C.P., García-Sancho C., Moreno-Tost R., Maireles-Torres P., Luque R. PdO Supported on TiO2 for the oxidative condensation of furfural with ethanol: insights on reactivity and product selectivity // ACS Sustain. Chem. Eng. 2021. V. 9. № 30. P. 10100.
Ouyang L., Tian P., Da G., Xu X.-C., Ao C., Chen T., Si R., Xu J., Han Y.-F. The origin of active sites for direct synthesis of H2O2 on Pd/TiO2 catalysts: interfaces of Pd and PdO domains // J. Catal. 2015. V. 321. P. 70.
Sarode P.R., Asakura K., Priolkar K.R., Hegde M.S. EXAFS study of Ti0.98Pd0.02O2–δ catalyst // AIP Conf. Proc. 2018. V. 1953. P. 070009.
Asakura K., Iwasawa Y. Reversible structure transformation of zirconium dioxide on palladium black // J. Phys. Chem. 1992. V. 96. № 18. P. 7386.
Lei D., Yu K., Li M.-R., Wang Y., Wang Q., Liu T., Liu P., Lou L.-L., Wang G., Liu S. Facet effect of single-crystalline Pd nanocrystals for aerobic oxidation of 5-hydroxymethyl-2-furfural // ACS Catal. 2017. V. 7. № 1. P. 421.
Chen J., Zhang Q., Wang Y., Wan H. Size-dependent catalytic activity of supported palladium nanoparticles for aerobic oxidation of alcohols // Adv. Synth. Catal. 2008. V. 350. P. 453.