catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2025-3-51-61catal-1172Research ArticleКАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИCATALYSIS IN CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRYПрименение гидродинамической кавитации для интенсификации реакции синтеза золькеталя из глицерина и ацетонаApplication of hydrodynamic cavitation to intensify the reaction of solketal synthesis from glycerol and acetoneКоваленкоО. Н.KovalenkoO. N.ctls@kalvis.ruСименцоваИ. И.SimentsovaI. I.ctls@kalvis.ruПанченкоВ. Н.PanchenkoV. N.ctls@kalvis.ruТимофееваМ. Н.TimofeevaM. N.ctls@kalvis.ruИнститут катализа СО РАН, НовосибирскРоссияInstitute of Catalysis SB RAS, NovosibirskRussian Federation2025200620252535161Copyright © LLC "KALVIS", 20252025LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/1172

Впервые показана возможность применения гидродинамической кавитации для интенсификации синтеза золькеталя из глицерина и ацетона в присутствии цеолита. Реакция была изучена в присутствии цеолита фожазита (FAU, SiO2 /Al2O3 = 14.9). Установлено, что применение гидродинамической кавитации способствует увеличению конверсии глицерина с 35,2 до 66,8 % за 30 мин реакции без изменения селективности по золькеталю при мольном отношении ацетон/глицерин 2,5, загрузке катализатора 1,6 мас.% (в расчете на массу загруженного глицерина) и 25 °C. Полученные результаты указывают на то, что кавитационный режим можно рассматривать как перспективный метод для интенсификации реакций получения кеталей и ацеталей глицерина.

The possibility of using hydrodynamic cavitation to intensify the synthesis of solketal from glycerol and acetone in the presence of zeolite has been demonstrated for the first time. The reaction was studied in the presence of faujasite zeolite (FAU, SiO2 /Al2O3 = 14.9). It was found that the use of hydrodynamic cavitation promotes an increase in glycerol conversion from 35.2 to 66.8% in 30 min of reaction without changing the selectivity for solketal at an acetone/glycerol molar ratio of 2.5, a catalyst load of 1.6 wt.% (based on the weight of loaded glycerol) and 25 °C. The results indicate that the cavitation mode can be considered as a promising method for intensifying reactions for obtaining glycerol ketals and acetals.

фожазитциклоконденсацияглицеринацетонзолькетальгидродинамическая кавитацияfaujasitecyclocondensationglycerolacetonesolketalhydrodynamic cavitationReferencesRodrigues A., Carlos Bordado J., dos Santos R. G. // Energies. 2017. V. 10. No.11. P. 1817. https://doi.org/10.3390/en10111817Rodrigues A., Carlos Bordado J., dos Santos R. G. // Energies. 2017. V. 10. No.11. P. 1817. https://doi.org/10.3390/en10111817Correa I., Faria R. P. V., Rodrigues A. E. // Sustain. Chem. 2021. V. 2. P. 286-324. https://doi.org/10.3390/suschem2020017Correa I., Faria R. P. V., Rodrigues A. E. // Sustain. Chem. 2021. V. 2. P. 286-324. https://doi.org/10.3390/suschem2020017Mota C.J.A., Silva C.X.A., Rosenbach N.J., Costa J., Silva F. // Energy Fuels. 2010. V. 24. P. 2733-2736. http://dx.doi.org/ 10.1021/EF9015735Mota C.J.A., Silva C.X.A., Rosenbach N.J., Costa J., Silva F. // Energy Fuels. 2010. V. 24. P. 2733-2736. http://dx.doi.org/ 10.1021/EF9015735Manjunathan P., Maradur S.P., Halgeri A.B., Shanbhag G.V. // J. Mol. Catal. A Chem. 2015. V. 396. P. 47-54. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2014.09.028Manjunathan P., Maradur S.P., Halgeri A.B., Shanbhag G.V. // J. Mol. Catal. A Chem. 2015. V. 396. P. 47-54. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2014.09.028Rossa V., Pessanha Y.d.S.P., Diaz G.C., Camara L.D.T., Pergher S.B.C., Aranda D.A.G. // Ind. Eng. Chem. Res. 2017. V. 56. P. 479-488. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6b03581Rossa V., Pessanha Y.d.S.P., Diaz G.C., Camara L.D.T., Pergher S.B.C., Aranda D.A.G. // Ind. Eng. Chem. Res. 2017. V. 56. P. 479-488. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6b03581Kovalenko O.N., Simentsova I.I., Panchenko V.N., Timofeeva M.N. // Catalysis in Industry. 2023. V. 15. No. 4. P. 410–419. https://doi.org/10.1134/S207005042304013XKovalenko O.N., Simentsova I.I., Panchenko V.N., Timofeeva M.N. // Catalysis in Industry. 2023. V. 15. No. 4. P. 410–419. https://doi.org/10.1134/S207005042304013XЕфремова К.Д., Пильгунов В.Н. // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 03. С. 12–36. DOI: 10.7463/0316.0835344Ефремова К.Д., Пильгунов В.Н. // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 03. С. 12–36. DOI: 10.7463/0316.0835344Скоков В. Н., Решетников А. К., Виноградов A. В., Коверда В. П. // Акустический журнал. 2007. Т. 53. № 2. С. 168 -I72. http://www.akzh.ru/pdf/2007_2_168-172.pdfСкоков В. Н., Решетников А. К., Виноградов A. В., Коверда В. П. // Акустический журнал. 2007. Т. 53. № 2. С. 168 -I72. http://www.akzh.ru/pdf/2007_2_168-172.pdfMohod A.V., Teixeira A.C.S.C., Bagal M.V., Gogate P.R., Giudici R. // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2023. V. 11. No. 3. P.109773. https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.109773Mohod A.V., Teixeira A.C.S.C., Bagal M.V., Gogate P.R., Giudici R. // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2023. V. 11. No. 3. P.109773. https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.109773Mohod A.V., Momotko M., Shah N.S., Marchel M., Imran M., Kong L., Boczkaj G. // Water Resources and Industry. 2023. V. 30. P. 100220. https://doi.org/10.1016/j.wri.2023.100220Mohod A.V., Momotko M., Shah N.S., Marchel M., Imran M., Kong L., Boczkaj G. // Water Resources and Industry. 2023. V. 30. P. 100220. https://doi.org/10.1016/j.wri.2023.100220Darandale G. R., Jadhav M. V., Warade A. R., Hakke V.S. // Materials Today: Proceedings. 2023. V. 77. P. 960-968. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.12.075Darandale G. R., Jadhav M. V., Warade A. R., Hakke V.S. // Materials Today: Proceedings. 2023. V. 77. P. 960-968. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.12.075Elvana C., Wang Z., Castro-Muñoz R., Rayaroth M.P., Boczkaj G. // Ultrasonics sonochemistry. 2022. V. 88. P. 106081. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2022.106081Elvana C., Wang Z., Castro-Muñoz R., Rayaroth M.P., Boczkaj G. // Ultrasonics sonochemistry. 2022. V. 88. P. 106081. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2022.106081Sun X., Liu S., Manickam S., Tao Y., Yoon J.Y., Xuan X. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2023. V. 179. P. 113277. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113277Sun X., Liu S., Manickam S., Tao Y., Yoon J.Y., Xuan X. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2023. V. 179. P. 113277. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113277Patil A., Baral S., Dhanke P. // Current Research in Green and Sustainable Chemistry. 2021. V. 4. P. 100144. https://doi.org/10.1016/j.crgsc.2021.100144Patil A., Baral S., Dhanke P. // Current Research in Green and Sustainable Chemistry. 2021. V. 4. P. 100144. https://doi.org/10.1016/j.crgsc.2021.100144Okolie J.A., Escobar J.I., Umenweke G., Khanday W., Okoye P.U. // Fuel. 2022. V. 307. P. 121821. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.121821Okolie J.A., Escobar J.I., Umenweke G., Khanday W., Okoye P.U. // Fuel. 2022. V. 307. P. 121821. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.121821Mazubert A., Poux M., Aubin J. // Chemical Engineering Journal. 2013. V. 233. P. 201-223. https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.07.063Mazubert A., Poux M., Aubin J. // Chemical Engineering Journal. 2013. V. 233. P. 201-223. https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.07.063Deshmane V.G., Gogate P.R., Pandit A.B. // Chemical Engineering Journal. 2008. V. 145. P. 351–354. https://doi.org/10.1016/j.cej.2008.08.012Deshmane V.G., Gogate P.R., Pandit A.B. // Chemical Engineering Journal. 2008. V. 145. P. 351–354. https://doi.org/10.1016/j.cej.2008.08.012Jadhav H.B., Annapure U. // Chemical Engineering Science. 2022. V. 247. P. 116909. https://doi.org/10.1016/j.ces.2021.116909Jadhav H.B., Annapure U. // Chemical Engineering Science. 2022. V. 247. P. 116909. https://doi.org/10.1016/j.ces.2021.116909Kelkar M.A., Gogate P.R., Pandit A.B. // Ultrasonics Sonochemistry. 2008. V. 15. P. 188–194. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2007.04.003Kelkar M.A., Gogate P.R., Pandit A.B. // Ultrasonics Sonochemistry. 2008. V. 15. P. 188–194. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2007.04.003Pandit A.B., Joshi J.B. // Chemical Engineering Science. 1993. V. 48. P. 3440–3442. https://doi.org/10.1016/0009-2509(93)80164-LPandit A.B., Joshi J.B. // Chemical Engineering Science. 1993. V. 48. P. 3440–3442. https://doi.org/10.1016/0009-2509(93)80164-LJaya H.S., Wardana I.N.G., Hamidi N., Widhiyanuriyawan D. // Ain Shams Engineering Journal. 2021. V. 12. No. 4. P. 3905-3918. https://doi.org/10.1016/j.asej.2021.03.023Jaya H.S., Wardana I.N.G., Hamidi N., Widhiyanuriyawan D. // Ain Shams Engineering Journal. 2021. V. 12. No. 4. P. 3905-3918. https://doi.org/10.1016/j.asej.2021.03.023Yakovlev V.A., Zavarukhin S.G., Kuzavov V.T., Stebnovskii S.V., Malykh N.V., Mal’tsev L.I., Parmon V.N. // Russian Journal of Physical Chemistry B. 2010. V. 4. No. 2. P. 227–234. https://doi.org/10.1134/S1990793110020077Yakovlev V.A., Zavarukhin S.G., Kuzavov V.T., Stebnovskii S.V., Malykh N.V., Mal’tsev L.I., Parmon V.N. // Russian Journal of Physical Chemistry B. 2010. V. 4. No. 2. P. 227–234. https://doi.org/10.1134/S1990793110020077Gil A., Korili S.A., Vicente M.A. // Catal. Rev. Sci. Eng. 2008. V. 50. P. 153-221. https://doi.org/10.1080/01614940802019383Gil A., Korili S.A., Vicente M.A. // Catal. Rev. Sci. Eng. 2008. V. 50. P. 153-221. https://doi.org/10.1080/01614940802019383Kovalenko O. N., Simentsova I. I., Panchenko V. N., Timofeeva M. N. // Catalysis in Industry. 2022. V. 14. P. 208-217. https://doi.org/10.1134/S2070050422020040Kovalenko O. N., Simentsova I. I., Panchenko V. N., Timofeeva M. N. // Catalysis in Industry. 2022. V. 14. P. 208-217. https://doi.org/10.1134/S2070050422020040Qiang Liu, Jeroen A. van Bokhoven // Chem. Soc. Rev. 2024. V. 53. P. 3065-3095. https://doi.org/10.1039/D3CS00404JQiang Liu, Jeroen A. van Bokhoven // Chem. Soc. Rev. 2024. V. 53. P. 3065-3095. https://doi.org/10.1039/D3CS00404JJiangyin Lu, Zhen Zhao, Chunming Xu, Aijun Duan, Pu Zhang // Journal of Natural Gas Chemistry. 2005. V. 14. P. 213–220. https://dds.sciengine.com/cfs/files/pdfs/view/1003-9953/734A657FEEC249E28FD286972AE6B967.pdfJiangyin Lu, Zhen Zhao, Chunming Xu, Aijun Duan, Pu Zhang // Journal of Natural Gas Chemistry. 2005. V. 14. P. 213–220. https://dds.sciengine.com/cfs/files/pdfs/view/1003-9953/734A657FEEC249E28FD286972AE6B967.pdfBal’zhinimaev, B. S., Paukshtis, E. A., Toktarev, A. V., Kovalyov, E. V., Yaranova, M. A., Smirnov, A. E., Stompel, S. // Microporous and Mesoporous Materials. 2018. V. 277. P. 70-77. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2018.10.023Bal’zhinimaev, B. S., Paukshtis, E. A., Toktarev, A. V., Kovalyov, E. V., Yaranova, M. A., Smirnov, A. E., Stompel, S. // Microporous and Mesoporous Materials. 2018. V. 277. P. 70-77. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2018.10.023Grifoni E., Piccini G.M., Lercher J.A., Glezakou V.A., Rousseau R., Parrinello M. // Nat Commun. 2021. V. 12. P. 2630. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22936-0Grifoni E., Piccini G.M., Lercher J.A., Glezakou V.A., Rousseau R., Parrinello M. // Nat Commun. 2021. V. 12. P. 2630. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22936-0Eckstein S., Hintermeier P.H., Zhao R., Baráth E., Shi H., Liu Y., Lercher J.A. // Angew. Chem. - Int. Ed. 2019. V. 58. P. 3450–3455. https://doi.org/10.1002/anie.201812184Eckstein S., Hintermeier P.H., Zhao R., Baráth E., Shi H., Liu Y., Lercher J.A. // Angew. Chem. - Int. Ed. 2019. V. 58. P. 3450–3455. https://doi.org/10.1002/anie.201812184Wang M., Jaegers N.R., Lee M.S., Wan Ch., Hu J. Zh., Shi H., Mei D., Burton S.D., Camaioni D.M., Gutiérrez O.Y., Glezakou V.A., Rousseau R., Wang Y., Lercher J.A. // J. Am. Chem. Soc. 2019. V. 141. P. 3444–3455. https://doi.org/10.1021/jacs.8b07969Wang M., Jaegers N.R., Lee M.S., Wan Ch., Hu J. Zh., Shi H., Mei D., Burton S.D., Camaioni D.M., Gutiérrez O.Y., Glezakou V.A., Rousseau R., Wang Y., Lercher J.A. // J. Am. Chem. Soc. 2019. V. 141. P. 3444–3455. https://doi.org/10.1021/jacs.8b07969Król M., Kolezynski A., Mozgawa W. // Molecules. 2021. V. 26. P. 342. https://doi.org/10.3390/molecules26020342Król M., Kolezynski A., Mozgawa W. // Molecules. 2021. V. 26. P. 342. https://doi.org/10.3390/molecules26020342Edanol Y. D.G., Usman K. A. S., Buenviaje S. C., Mantua Jr. M. E., Payawan L. M. Jr. // KIMIKA. 2018. V. 29. P. 17-21. https://doi.org/10.26534/KIMIKA.V29I1.17-21Edanol Y. D.G., Usman K. A. S., Buenviaje S. C., Mantua Jr. M. E., Payawan L. M. Jr. // KIMIKA. 2018. V. 29. P. 17-21. https://doi.org/10.26534/KIMIKA.V29I1.17-21Ghasemi Z., Younesi H. // Waste Biomass Valor. 2012. V. 3. P. 61-74. https://doi.org/0.1007/s12649-011-9084-4Ghasemi Z., Younesi H. // Waste Biomass Valor. 2012. V. 3. P. 61-74. https://doi.org/0.1007/s12649-011-9084-4Zhao J., Yin Y., Li Y., Chen W., Liu B. // Chem. Eng. J. 2016. V. 284. P. 405–411. https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.08.143Zhao J., Yin Y., Li Y., Chen W., Liu B. // Chem. Eng. J. 2016. V. 284. P. 405–411. https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.08.143Jarrin T., de Bruin T., Chizallet C. // ChemCatChem 2023. V. 15. № e202201302б https://doi.org/10.1002/cctc.202201302Jarrin T., de Bruin T., Chizallet C. // ChemCatChem 2023. V. 15. № e202201302б https://doi.org/10.1002/cctc.202201302Jaegers N.R., Hu W., Weber T.J., Hu J.Z. // Scientific Reports. 2021. V. 11. N. 7800. https://doi.org/10.1038/s41598-021-87044-xJaegers N.R., Hu W., Weber T.J., Hu J.Z. // Scientific Reports. 2021. V. 11. N. 7800. https://doi.org/10.1038/s41598-021-87044-xJeong K., Byun B. J., Kang Y. K. // Bull. Korean Chem. Soc. 2012. V. 33. No. 3. P. 917-924. http://dx.doi.org/10.5012/bkcs.2012.33.3.917Jeong K., Byun B. J., Kang Y. K. // Bull. Korean Chem. Soc. 2012. V. 33. No. 3. P. 917-924. http://dx.doi.org/10.5012/bkcs.2012.33.3.917

The authors declare that there are no conflicts of interest present.