catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2025-5-3-13catal-1194Research ArticleОБЩИЕ ВОПРОСЫ КАТАЛИЗАGENERAL PROBLEMS OF CATALYSISНанесенные медные катализаторы гидрирования D-глюкозы в D-сорбит в мягких условияхSupported Copper Catalysts for the Hydrogenation of D-Glucose to D-Sorbitol under Mild ConditionsСмирновЕ. П.SmirnovE. P.ctls@kalvis.ruПокровскаяЕ. А.PokrovskayaE. A.ctls@kalvis.ruПрозоровД. А.ProzorovD. A.ctls@kalvis.ruАфинеевскийА. В.AfineevskyA. V.ctls@kalvis.ruШаховД. С.ShakhovD. S.ctls@kalvis.ruГординаН. Е.GordinaN. E.ctls@kalvis.ruИвановский государственный химико-технологический университет, ИвановоРоссияIvanovo State University of Chemical Technology, IvanovoRussian Federation202529092025255313Copyright © LLC "KALVIS", 20252025LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/1194

В работе синтезированы массивный и нанесенные на α- и γ-Al2O3 медные катализаторы. В качестве прекурсора меди использовался медно-аммиачно-карбонатный раствор. Исследованы структура и текстурные свойства полученных каталитических систем, включая удельную площадь поверхности, объем пор и размер областей когерентного рассеяния. Экспериментально определена оптимальная температура восстановления катализатора в токе водорода, обеспечивающая максимальную активность в процессе гидрирования D-глюкозы. Установлено, что γ-Al2O3 тормозит процесс термического разложения основного карбоната меди. Активность катализатора в процессе жидкофазного восстановления D-глюкозы оценивалась по средней скорости реакции, поскольку порядки реакций были близки к нулевому. Определено оптимальное содержание нанесенной меди (5,5–5,8 мас.%), при котором достигается максимальная скорость синтеза сорбита. Полученные каталитические системы по активности не уступают аналогичным катализаторам, в том числе на основе других переходных металлов, обеспечивая возможность проведения процесса в мягких условиях (303 К, атмосферное давление водорода). Достигнутая каталитическая активность составила 11,9±1,3 см3 (H2)·c–1·кг–1 (Cu), а степень превращения за два часа достигла 5 %, для классических катализаторов на основе никеля в мягких условиях аналогичные значения близки к нулю и обычно достигаются только при высоких температурах и повышенном давлении (до 5 МПа).

In this work, massive and supported on α- and γ-Al2O3 copper catalysts were obtained. Copper-ammonia-carbonate solution was used as a copper precursor. Textural properties of the obtained catalytic systems (specific surface area, pore volume, size of coherent scattering regions) were studied. Optimum temperatures of catalyst reduction in a hydrogen flow were experimentally determined. It was shown that γ-Al2O3 inhibits the process of thermal decomposition of basic copper carbonate. Catalyst activity in the process of liquid-phase reduction of D-glucose was determined as the average reaction rate, since the reaction orders were close to zero. The optimal amount of supported copper was determined: 5.5-5.8% by weight. The obtained catalytic systems are not inferior in their operational properties to supported catalysts based on other transition metals, allowing the process to be carried out at room temperature and atmospheric pressure of hydrogen in the system.

D-глюкозаD-сорбитмедно-аммиачно-карбонатный растворнанесенный медный катализаторгидрированиеD-glucoseD-sorbitolcopper-ammonia-carbonate solutionsupported copper catalysthydrogenationReferencesГригорьев М.Е. Исследование катализатора Ru/полимерная матрица в жидкофазном гидрировании D-глюкозы до D-сорбита: диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. 145 с.Григорьев М.Е. Исследование катализатора Ru/полимерная матрица в жидкофазном гидрировании D-глюкозы до D-сорбита: диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. 145 с.Филатова А.Е., Ожимкова Е.М., Сульман А.М., Губская Е.М. // Вестник Тверского государственного университета. Серия «Химия». 2021. № 3(45). С. 28 – 32. https://doi.org/10.26456/vtchem2021.3.3Филатова А.Е., Ожимкова Е.М., Сульман А.М., Губская Е.М. // Вестник Тверского государственного университета. Серия «Химия». 2021. № 3(45). С. 28 – 32. https://doi.org/10.26456/vtchem2021.3.3Григорьев М.Е., Матвеева В.Г., Никошвили Л.Ж., Сидоров А.И., Долуда В.Ю., Быков А.В., Коняева М.Б., Сульман Э.М., Запорожец М.А., Авилов А.С. // Химическая промышленность сегодня. 2013. № 5. С. 18 – 28.Григорьев М.Е., Матвеева В.Г., Никошвили Л.Ж., Сидоров А.И., Долуда В.Ю., Быков А.В., Коняева М.Б., Сульман Э.М., Запорожец М.А., Авилов А.С. // Химическая промышленность сегодня. 2013. № 5. С. 18 – 28.Murzin D.Y., Simakova I.L. // Catalysis in industry. 2011. V. 3. P. 218 – 249. http://dx.doi.org/10.1134/S207005041103007XMurzin D.Y., Simakova I.L. // Catalysis in industry. 2011. V. 3. P. 218 – 249. http://dx.doi.org/10.1134/S207005041103007XWang B., Cai W., Liu H., Zhang R., Jia W., Zhang J., Peng L. // Energy & Fuels. 2024. V. 38. № 9. P. 7941 – 7949. https://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4636717Wang B., Cai W., Liu H., Zhang R., Jia W., Zhang J., Peng L. // Energy & Fuels. 2024. V. 38. № 9. P. 7941 – 7949. https://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4636717Патент RU 2668809, опубл. 08.10.2018.Патент RU 2668809, опубл. 08.10.2018.Elliot D.C., Peterson K.L., Muzatko D.S., Alderson E.V., Hart T.R. // Appl. Biochem. Biotechnol. 2004. V. 115. P. 807 – 825. https://doi.org/10.1385/ABAB:115:1-3:0807Elliot D.C., Peterson K.L., Muzatko D.S., Alderson E.V., Hart T.R. // Appl. Biochem. Biotechnol. 2004. V. 115. P. 807 – 825. https://doi.org/10.1385/ABAB:115:1-3:0807Ahmed M.J., Khadom A.A., Kadhum A.A.H. // Eur. J. Sci. Res. 2009. V. 30. № 2. P. 294 – 304Ahmed M.J., Khadom A.A., Kadhum A.A.H. // Eur. J. Sci. Res. 2009. V. 30. № 2. P. 294 – 304Esposito S., Silvestri B., Russo V., Bonelli B., Deorsola F. A., Vergara A., Aronne A., Di Serio M. //ACS Catalysis. 2019. V. 9. №. 4. P. 3426 – 3436. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b04710Esposito S., Silvestri B., Russo V., Bonelli B., Deorsola F. A., Vergara A., Aronne A., Di Serio M. //ACS Catalysis. 2019. V. 9. №. 4. P. 3426 – 3436. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b04710Aho A., Roggan S., Simakova O., Salmi T., Murzin D. // Catalysis Today. 2015. V. 241. P. 195 – 199. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2013.12.031Aho A., Roggan S., Simakova O., Salmi T., Murzin D. // Catalysis Today. 2015. V. 241. P. 195 – 199. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2013.12.031Makkee M., Kieboom A. P. G., van Bekkum H. // Carbohydrate Research. 1985. V. 138. № 2. P. 225 – 236. https://doi.org/10.1016/0008-6215(85)85106-5Makkee M., Kieboom A. P. G., van Bekkum H. // Carbohydrate Research. 1985. V. 138. № 2. P. 225 – 236. https://doi.org/10.1016/0008-6215(85)85106-5Zelin J., Meyer C. I., Regenhardt S. A., Sebastian V., Garetto, T. F., Marchi, A. J. // Chemical Engineering Journal. 2017. V. 319. P. 48 – 56. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.02.127Zelin J., Meyer C. I., Regenhardt S. A., Sebastian V., Garetto, T. F., Marchi, A. J. // Chemical Engineering Journal. 2017. V. 319. P. 48 – 56. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.02.127Liu C., Zhang Z., Zhai X., Wang X., Gui J., Zhang C., Zhu Y., Li Y. // New Journal of Chemistry. 2019. V. 43. № 9. P. 3733 – 3742. https://doi.org/10.1039/C8NJ05815FLiu C., Zhang Z., Zhai X., Wang X., Gui J., Zhang C., Zhu Y., Li Y. // New Journal of Chemistry. 2019. V. 43. № 9. P. 3733 – 3742. https://doi.org/10.1039/C8NJ05815FRanu B.C., Dey R., Chatterjee T., Ahammed S. // ChemSusChem. 2012. V. 5. № 1. P. 22 – 44. https://doi.org/10.1002/cssc.201100348Ranu B.C., Dey R., Chatterjee T., Ahammed S. // ChemSusChem. 2012. V. 5. № 1. P. 22 – 44. https://doi.org/10.1002/cssc.201100348Rao R., Dandekar A., Baker R. T. K., Vannice, M.A. // Journal of Catalysis. 1997. V. 171. № 2. P. 406 – 419. https://doi.org/10.1006/jcat.1997.1832Rao R., Dandekar A., Baker R. T. K., Vannice, M.A. // Journal of Catalysis. 1997. V. 171. № 2. P. 406 – 419. https://doi.org/10.1006/jcat.1997.1832Yoshida K., Gonzalez-Arellano C., Luque R., Gai, P. L. // Applied Catalysis A: General. 2010. V. 379. №1-2. P. 38 – 44. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2010.02.028Yoshida K., Gonzalez-Arellano C., Luque R., Gai, P. L. // Applied Catalysis A: General. 2010. V. 379. №1-2. P. 38 – 44. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2010.02.028Lok C.M. Structure and performance of selective hydrogenation catalysts // Hydrogenation. Catalysts and Processes (ed. by S.D. Jackson). De Gruyter, 2018. P. 1 – 18. https://doi.org/10.1515/9783110545210-001Lok C.M. Structure and performance of selective hydrogenation catalysts // Hydrogenation. Catalysts and Processes (ed. by S.D. Jackson). De Gruyter, 2018. P. 1 – 18. https://doi.org/10.1515/9783110545210-001Кулакова И.И., Лисичкин Г.В. Каталитическая химия. Часть 1. Основы катализа М.: Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, 2014. 112 с.Кулакова И.И., Лисичкин Г.В. Каталитическая химия. Часть 1. Основы катализа М.: Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, 2014. 112 с.Zhang X., Durndell L.J., Isaacs M.N., Parlett C.M.A., Lee A.O., Wilson K. Platinum-catalyzed aqueous-phase hydrogenation of d-glucose to d-sorbitol // ACS Catalysis. 2016. V. 6. № 11. P. 7409 – 7417.Zhang X., Durndell L.J., Isaacs M.N., Parlett C.M.A., Lee A.O., Wilson K. Platinum-catalyzed aqueous-phase hydrogenation of d-glucose to d-sorbitol // ACS Catalysis. 2016. V. 6. № 11. P. 7409 – 7417.Dabbawala A. A., Mishra D. K., Hwang J. S. // Catalysis Today. 2016. V. 265. P. 163 – 173. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2015.09.045.Dabbawala A. A., Mishra D. K., Hwang J. S. // Catalysis Today. 2016. V. 265. P. 163 – 173. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2015.09.045.Громов Н.В., Медведева Т.Б., Панченко В.Н., Таран О.П., Тимофеева М.Н., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2022. Т. 22. № 5. С. 70 – 82. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2022-5-70-82Громов Н.В., Медведева Т.Б., Панченко В.Н., Таран О.П., Тимофеева М.Н., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2022. Т. 22. № 5. С. 70 – 82. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2022-5-70-82Athikaphan P., Jaitham K., Saneaha J., Nijpanich S., Neramittagapong A., Grisdanurak N., Neramittagapong S. // Results in Engineering. 2024. V. 24. 103541. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.103541Athikaphan P., Jaitham K., Saneaha J., Nijpanich S., Neramittagapong A., Grisdanurak N., Neramittagapong S. // Results in Engineering. 2024. V. 24. 103541. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.103541Leela T., Kongkoed P., Athikaphan P., Neramittagapong A., Minato T., Neramittagapong S. // Results in Engineering. 2025. V. 25. 104020. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.104020Leela T., Kongkoed P., Athikaphan P., Neramittagapong A., Minato T., Neramittagapong S. // Results in Engineering. 2025. V. 25. 104020. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.104020Чоркендорф И., Наймантсведрайт. Х. Современный катализ и химическая кинетика. Долгопрудный: ИД «Интеллект», 2010. 599 сЧоркендорф И., Наймантсведрайт. Х. Современный катализ и химическая кинетика. Долгопрудный: ИД «Интеллект», 2010. 599 сАфанасьев С.В., Садовников А.А., Гартман В.Л., Обысов А.В., Дульнев А.В. Промышленный катализ в газохимии. Самара: АНО «Издательство СНЦ», 2018. 160 c.Афанасьев С.В., Садовников А.А., Гартман В.Л., Обысов А.В., Дульнев А.В. Промышленный катализ в газохимии. Самара: АНО «Издательство СНЦ», 2018. 160 c.Розовский А.Я. // Успехи химии. 1989. Т. 58. № 1. С. 68 – 93. https://www.uspkhim.ru/RCR3425pdf.Розовский А.Я. // Успехи химии. 1989. Т. 58. № 1. С. 68 – 93. https://www.uspkhim.ru/RCR3425pdf.Чукин Г.Д. Строение оксида алюминия и катализаторов гидрообессеривания. Механизмы реакций. М.: Типография Паладин, ООО «Принта», 2010. 288 с.Чукин Г.Д. Строение оксида алюминия и катализаторов гидрообессеривания. Механизмы реакций. М.: Типография Паладин, ООО «Принта», 2010. 288 с.Андерсон Д. Структура металлических катализаторов. Новосибирск: Наука, 1978. 384 с.Андерсон Д. Структура металлических катализаторов. Новосибирск: Наука, 1978. 384 с.Худорожков А.К. Изучение влияния состояния поверхности палладийсодержащих катализаторов на их активность и стабильность в реакции полного окисления метана: диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Новосибирск, 2017. 121 с.Худорожков А.К. Изучение влияния состояния поверхности палладийсодержащих катализаторов на их активность и стабильность в реакции полного окисления метана: диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Новосибирск, 2017. 121 с.Афинеевский А.В., Прозоров Д.А., Осадчая Т.Ю., Румянцев Р.Н. Гидрирование на гетерогенных катализаторах. Казань: Бук, 2020. 475 с.Афинеевский А.В., Прозоров Д.А., Осадчая Т.Ю., Румянцев Р.Н. Гидрирование на гетерогенных катализаторах. Казань: Бук, 2020. 475 с.Thommes, M., Kaneko, K., Neimark, A. V., Olivier, J. P., Rodriguez-Reinoso, F., Rouquerol, J., & Sing, K. S. // Pure and applied chemistry. 2015. V. 87. № 9-10. P. 1051 – 1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117Thommes, M., Kaneko, K., Neimark, A. V., Olivier, J. P., Rodriguez-Reinoso, F., Rouquerol, J., & Sing, K. S. // Pure and applied chemistry. 2015. V. 87. № 9-10. P. 1051 – 1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117Старцев А.Н., Захаров И.И. // Успехи химии. 2003. Т. 72. № 6. С. 579 – 601. https://doi.org/10.1070/RC2003v072n06ABEH000772.Старцев А.Н., Захаров И.И. // Успехи химии. 2003. Т. 72. № 6. С. 579 – 601. https://doi.org/10.1070/RC2003v072n06ABEH000772.Паукштис Е.А., Юрченко Э.Н. // Успехи химии. 1983. Т. 52. № 3. С. 426-454. https://www.uspkhim.ru/php/getFT.phtml?paperid=2812.Паукштис Е.А., Юрченко Э.Н. // Успехи химии. 1983. Т. 52. № 3. С. 426-454. https://www.uspkhim.ru/php/getFT.phtml?paperid=2812.Старцев А.Н. Сульфидированные катализаторы гидроочистки: синтез, структура, свойства / Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. Новосибирск: ГЕО, 2007. 206 с.Старцев А.Н. Сульфидированные катализаторы гидроочистки: синтез, структура, свойства / Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. Новосибирск: ГЕО, 2007. 206 с.Григорьев М.Е., Королёв А.И. // Вестник Тверского государственного университета. Серия «Химия». 2023. № 4(54). С. 69 – 79. https://doi.org/10.26456/vtchem2023.4.8Григорьев М.Е., Королёв А.И. // Вестник Тверского государственного университета. Серия «Химия». 2023. № 4(54). С. 69 – 79. https://doi.org/10.26456/vtchem2023.4.8

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