catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2023-4-34-44catal-959Research ArticleКАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИCATALYSIS IN CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRYВысокопроцентные медьсодержащие катализаторы гидропревращения фурфуролаHighly loaded copper-containing catalysts for hydroconversion of furfuralСелищеваС. А.SelishchevaS. A.ctls@kalvis.ruСуминаА. А.SuminaA. A.ctls@kalvis.ruБулавченкоО. А.BulavchenkoO. A.ctls@kalvis.ruЯковлевВ. А.YakovlevV. A.ctls@kalvis.ruИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, NovosibirskRussian Federation2023080920232343444Copyright © LLC "KALVIS", 20232023LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/959

В работе исследованы высокопроцентные медьсодержащие катализаторы, приготовленные различными методами (золь-гель, сплавление и соосаждение), в гидропревращении фурфурола в реакторе периодического действия при давлении водорода 5,0 МПа и температуре 100 °С. С использованием физико-химических методов определены температуры восстановления и фазовый состав катализаторов. Показано, что наиболее активным в исследуемом процессе является соосажденный медь-алюмооксидный катализатор, который при 100–130 °С позволяет получать фурфуриловый спирт с селективностью 100 %, также в его присутствии возможно получение 2-метилфурана, выход которого составляет 65 % при 200 °С. Определен фазовый состав восстановленного при выбранной температуре катализатора, а также катализатора после реакции.

Highly loaded copper-containing catalysts synthesized by different methods (sol-gel, alloying and coprecipitation) were studied in hydroconversion of furfural in a batch reactor at a hydrogen pressure 5.0 MPA and temperature 100 °С. The reduction temperature and phase composition of the catalysts were determined using physicochemical methods. The highest activity in the process under consideration was observed for the coprecipitated copper-alumina catalyst, which at 100–130 °С allows obtaining furfuryl alcohol with 100 % selectivity; in addition, 2-methylfuran can be produced in the presence of this catalyst with the yield of 65 % at 200 °С. The phase composition of the catalyst reduced at a chosen temperature and the catalyst after the reaction was determined.

медьсодержащие катализаторыфурфуролфурфуриловый спирт2-метилфурангидропревращениеcopper-containing catalystsfurfuralfurfuryl alcohol2-methylfuranhydroconversionReferencesCai, J.; He, Y.; Yu, X.; Banks, S.W.; Yang, Y.; Zhang, X.; Yu, Y.; Liu, R.; Bridgwater, A.V. // Renewable and Sustainable Energy Reviews 2017, 76, 309–322, doi:10.1016/j.rser.2017.03.072.Cai, J.; He, Y.; Yu, X.; Banks, S.W.; Yang, Y.; Zhang, X.; Yu, Y.; Liu, R.; Bridgwater, A.V. // Renewable and Sustainable Energy Reviews 2017, 76, 309–322, doi:10.1016/j.rser.2017.03.072.Li, X.; Guo, T.; Xia, Q.; Liu, X.; Wang, Y. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6, 4390–4399, doi:10.1021/acssuschemeng.8b00012.Li, X.; Guo, T.; Xia, Q.; Liu, X.; Wang, Y. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6, 4390–4399, doi:10.1021/acssuschemeng.8b00012.Anwar, Z.; Gulfraz, M.; Irshad, M. // Journal of Radiation Research and Applied Sciences 2014, 7, 163–173, doi:10.1016/j.jrras.2014.02.003.Anwar, Z.; Gulfraz, M.; Irshad, M. // Journal of Radiation Research and Applied Sciences 2014, 7, 163–173, doi:10.1016/j.jrras.2014.02.003.Khemthong, P.; Daorattanachai, P.; Laosiripojana, N.; Faungnawakij, K. // Catalysis Communications 2012, 29, 96–100, doi:10.1016/j.catcom.2012.09.025.Khemthong, P.; Daorattanachai, P.; Laosiripojana, N.; Faungnawakij, K. // Catalysis Communications 2012, 29, 96–100, doi:10.1016/j.catcom.2012.09.025.Huang, Y.-B.; Fu, Y. // Green Chem. 2013, 15, 1095–1111, doi:10.1039/C3GC40136G.Huang, Y.-B.; Fu, Y. // Green Chem. 2013, 15, 1095–1111, doi:10.1039/C3GC40136G.Li, X.; Jia, P.; Wang, T. // ACS Catal. 2016, 6, 7621–7640, doi:10.1021/acscatal.6b01838.Li, X.; Jia, P.; Wang, T. // ACS Catal. 2016, 6, 7621–7640, doi:10.1021/acscatal.6b01838.Werpy, T.; Petersen, G. Top Value Added Chemicals from Biomass: Volume I -- Results of Screening for Potential Candidates from Sugars and Synthesis Gas; 2004; p. DOE/GO-102004-1992, 15008859.Werpy, T.; Petersen, G. Top Value Added Chemicals from Biomass: Volume I -- Results of Screening for Potential Candidates from Sugars and Synthesis Gas; 2004; p. DOE/GO-102004-1992, 15008859.Cai, C.M.; Zhang, T.; Kumar, R.; Wyman, C.E. // Journal of Chemical Technology & Biotechnology 2014, 89, 2–10, doi:10.1002/jctb.4168.Cai, C.M.; Zhang, T.; Kumar, R.; Wyman, C.E. // Journal of Chemical Technology & Biotechnology 2014, 89, 2–10, doi:10.1002/jctb.4168.Mariscal, R.; Maireles-Torres, P.; Ojeda, M.; Sádaba, I.; Granados, M.L. // Energy Environ. Sci. 2016, 9, 1144–1189, doi:10.1039/C5EE02666K.Mariscal, R.; Maireles-Torres, P.; Ojeda, M.; Sádaba, I.; Granados, M.L. // Energy Environ. Sci. 2016, 9, 1144–1189, doi:10.1039/C5EE02666K.Jaswal, A.; Singh, P.P.; Mondal, T. // Green Chem. 2022, 24, 510–551, doi:10.1039/D1GC03278J.Jaswal, A.; Singh, P.P.; Mondal, T. // Green Chem. 2022, 24, 510–551, doi:10.1039/D1GC03278J.С.Н. Васильев, И.А. Гамова, А.В. де Векки и др. Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ: Справочное издание: НПО "Профессионал", 2005.С.Н. Васильев, И.А. Гамова, А.В. де Векки и др. Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ: Справочное издание: НПО "Профессионал", 2005.Zhang, H.; Lei, Y.; Kropf, A.J.; Zhang, G.; Elam, J.W.; Miller, J.T.; Sollberger, F.; Ribeiro, F.; Akatay, M.C.; Stach, E.A.; et al. // Journal of Catalysis 2014, 317, 284–292, doi:10.1016/j.jcat.2014.07.007.Zhang, H.; Lei, Y.; Kropf, A.J.; Zhang, G.; Elam, J.W.; Miller, J.T.; Sollberger, F.; Ribeiro, F.; Akatay, M.C.; Stach, E.A.; et al. // Journal of Catalysis 2014, 317, 284–292, doi:10.1016/j.jcat.2014.07.007.Wang, Z.; Wang, X.; Zhang, C.; Arai, M.; Zhou, L.; Zhao, F. // Molecular Catalysis 2021, 508, 111599, doi:10.1016/j.mcat.2021.111599.Wang, Z.; Wang, X.; Zhang, C.; Arai, M.; Zhou, L.; Zhao, F. // Molecular Catalysis 2021, 508, 111599, doi:10.1016/j.mcat.2021.111599.Sitthisa, S.; Resasco, D.E. // Catalysis Letters 2011, 141, 784.Sitthisa, S.; Resasco, D.E. // Catalysis Letters 2011, 141, 784.Rao, T.U.; Suchada, S.; Choi, C.; Machida, H.; Huo, Z.; Norinaga, K. // Energy Conversion and Management 2022, 265, 115736, doi:10.1016/j.enconman.2022.115736.Rao, T.U.; Suchada, S.; Choi, C.; Machida, H.; Huo, Z.; Norinaga, K. // Energy Conversion and Management 2022, 265, 115736, doi:10.1016/j.enconman.2022.115736.Smirnov, A.A.; Shilov, I.N.; Alekseeva, M.V.; Selishcheva, S.A.; Yakovlev, V.A. // Catal. Ind. 2018, 10, 228–236, doi:10.1134/S2070050418030091.Smirnov, A.A.; Shilov, I.N.; Alekseeva, M.V.; Selishcheva, S.A.; Yakovlev, V.A. // Catal. Ind. 2018, 10, 228–236, doi:10.1134/S2070050418030091.Zhang, J.; Wu, D. // Materials Chemistry and Physics 2021, 260, 124152, doi:10.1016/j.matchemphys.2020.124152.Zhang, J.; Wu, D. // Materials Chemistry and Physics 2021, 260, 124152, doi:10.1016/j.matchemphys.2020.124152.Vargas-Hernández, D.; Rubio-Caballero, J.M.; Santamaría-González, J.; Moreno-Tost, R.; Mérida-Robles, J.M.; Pérez-Cruz, M.A.; Jiménez-López, A.; Hernández-Huesca, R.; Maireles-Torres, P. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 2014, 383–384, 106–113, doi:10.1016/j.molcata.2013.11.034.Vargas-Hernández, D.; Rubio-Caballero, J.M.; Santamaría-González, J.; Moreno-Tost, R.; Mérida-Robles, J.M.; Pérez-Cruz, M.A.; Jiménez-López, A.; Hernández-Huesca, R.; Maireles-Torres, P. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 2014, 383–384, 106–113, doi:10.1016/j.molcata.2013.11.034.Rajabi, F.; Arancon, R.A.D.; Luque, R. // Catalysis Communications 2015, 59, 101–103, doi:10.1016/j.catcom.2014.09.022.Rajabi, F.; Arancon, R.A.D.; Luque, R. // Catalysis Communications 2015, 59, 101–103, doi:10.1016/j.catcom.2014.09.022.Iron‐Catalyzed Oxidative Decabonylation/Radical Cyclization of Aliphatic Aldehydes with Biphenyl Isocyanides: A New Pathway For the Synthesis of 6‐Alkylphenanthridines – Luo – 2021 – Asian Journal of Organic Chemistry – Wiley Online Library Available online: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ajoc.202100112 (accessed on 9 March 2023).Iron‐Catalyzed Oxidative Decabonylation/Radical Cyclization of Aliphatic Aldehydes with Biphenyl Isocyanides: A New Pathway For the Synthesis of 6‐Alkylphenanthridines – Luo – 2021 – Asian Journal of Organic Chemistry – Wiley Online Library Available online: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ajoc.202100112 (accessed on 9 March 2023).Yeletsky, P.M.; Zaikina, O.O.; Sosnin, G.A.; Kukushkin, R.G.; Yakovlev, V.A. // Fuel Processing Technology 2020, 199, 106239, doi:10.1016/j.fuproc.2019.106239.Yeletsky, P.M.; Zaikina, O.O.; Sosnin, G.A.; Kukushkin, R.G.; Yakovlev, V.A. // Fuel Processing Technology 2020, 199, 106239, doi:10.1016/j.fuproc.2019.106239.Ma, M.; Hou, P.; Zhang, P.; Cao, J.; Liu, H.; Yue, H.; Tian, G.; Feng, S. // Applied Catalysis A: General 2020, 602, 117709, doi:10.1016/j.apcata.2020.117709.Ma, M.; Hou, P.; Zhang, P.; Cao, J.; Liu, H.; Yue, H.; Tian, G.; Feng, S. // Applied Catalysis A: General 2020, 602, 117709, doi:10.1016/j.apcata.2020.117709.Liu, Y.-C.; Ko, B.-T.; Huang, B.-H.; Lin, C.-C. // Organometallics 2002, 21, 2066–2069, doi:10.1021/om0200454.Liu, Y.-C.; Ko, B.-T.; Huang, B.-H.; Lin, C.-C. // Organometallics 2002, 21, 2066–2069, doi:10.1021/om0200454.Yang, H.; Yan, J.; Lu, Z.; Cheng, X.; Tang, Y. // Journal of Alloys and Compounds 2009, 476, 715–719, doi:10.1016/j.jallcom.2008.09.104.Yang, H.; Yan, J.; Lu, Z.; Cheng, X.; Tang, Y. // Journal of Alloys and Compounds 2009, 476, 715–719, doi:10.1016/j.jallcom.2008.09.104.Selishcheva, S.A.; Smirnov, A.A.; Fedorov, A.V.; Bulavchenko, O.A.; Saraev, A.A.; Lebedev, M.Y.; Yakovlev, V.A. // Catalysts 2019, 9, doi:10.3390/catal9100816.Selishcheva, S.A.; Smirnov, A.A.; Fedorov, A.V.; Bulavchenko, O.A.; Saraev, A.A.; Lebedev, M.Y.; Yakovlev, V.A. // Catalysts 2019, 9, doi:10.3390/catal9100816.Ermakov, D.Y.; Bykova, M.V.; Selishcheva, S.A.; Khromova, S.A.; Yakovlev, V.A. // Applied Catalysis A: General 2003, 245, 277–288, doi:10.1016/S0926-860X(02)00648-8.Ermakov, D.Y.; Bykova, M.V.; Selishcheva, S.A.; Khromova, S.A.; Yakovlev, V.A. // Applied Catalysis A: General 2003, 245, 277–288, doi:10.1016/S0926-860X(02)00648-8.Kwak, B.K.; Park, D.S.; Yun, Y.S.; Yi, J. // Catalysis Communications 2012, 24, 90–95, doi:10.1016/j.catcom.2012.03.029.Kwak, B.K.; Park, D.S.; Yun, Y.S.; Yi, J. // Catalysis Communications 2012, 24, 90–95, doi:10.1016/j.catcom.2012.03.029.Rietveld, H.M. // J Appl Cryst 1969, 2, 65–71, doi:10.1107/S0021889869006558.Rietveld, H.M. // J Appl Cryst 1969, 2, 65–71, doi:10.1107/S0021889869006558.Gulyaeva, Y.; Bykova, M.; Bulavchenko, O.; Kremneva, A.; Saraev, A.; Gerasimov, E.; Selishcheva, S.; Kaichev, V.; Yakovlev, V. // Nanomaterials 2021, 11, 2017, doi:10.3390/nano11082017.Gulyaeva, Y.; Bykova, M.; Bulavchenko, O.; Kremneva, A.; Saraev, A.; Gerasimov, E.; Selishcheva, S.; Kaichev, V.; Yakovlev, V. // Nanomaterials 2021, 11, 2017, doi:10.3390/nano11082017.Reina, T.R.; Xu, W.; Ivanova, S.; Centeno, M.Á.; Hanson, J.; Rodriguez, J.A.; Odriozola, J.A. // Catalysis Today 2013, 205, 41–48, doi:10.1016/j.cattod.2012.08.004.Reina, T.R.; Xu, W.; Ivanova, S.; Centeno, M.Á.; Hanson, J.; Rodriguez, J.A.; Odriozola, J.A. // Catalysis Today 2013, 205, 41–48, doi:10.1016/j.cattod.2012.08.004.Navarro, J.C.; Hurtado, C.; Gonzalez-Castaño, M.; Bobadilla, L.F.; Ivanova, S.; Cumbrera, F.L.; Centeno, M.A.; Odriozola, J.A. // Journal of CO2 Utilization 2023, 68, 102356, doi:10.1016/j.jcou.2022.102356.Navarro, J.C.; Hurtado, C.; Gonzalez-Castaño, M.; Bobadilla, L.F.; Ivanova, S.; Cumbrera, F.L.; Centeno, M.A.; Odriozola, J.A. // Journal of CO2 Utilization 2023, 68, 102356, doi:10.1016/j.jcou.2022.102356.Santos, P.T.A.; Costa, A.C.F. de M.; Andrade, H.M.C. // Materials Science Forum 2012, 727–728, 1290–1295, doi:10.4028/www.scientific.net/MSF.727-728.1290.Santos, P.T.A.; Costa, A.C.F. de M.; Andrade, H.M.C. // Materials Science Forum 2012, 727–728, 1290–1295, doi:10.4028/www.scientific.net/MSF.727-728.1290.Jin, Y.; Datye, A.K. // Journal of Catalysis 2000, 196, 8–17, doi:10.1006/jcat.2000.3024.Jin, Y.; Datye, A.K. // Journal of Catalysis 2000, 196, 8–17, doi:10.1006/jcat.2000.3024.Venugopal, A.; Scurrell, M.S. // Applied Catalysis A: General 2004, 258, 241–249, doi:10.1016/j.apcata.2003.09.017.Venugopal, A.; Scurrell, M.S. // Applied Catalysis A: General 2004, 258, 241–249, doi:10.1016/j.apcata.2003.09.017.Robinson, W.R.A.M.; Mol, J.C. // Applied Catalysis 1988, 44, 165–177, doi:10.1016/S0166-9834(00)80051-2.Robinson, W.R.A.M.; Mol, J.C. // Applied Catalysis 1988, 44, 165–177, doi:10.1016/S0166-9834(00)80051-2.Thyssen, V.V.; Maia, T.A.; Assaf, E.M. // Journal of the Brazilian Chemical Society 2014, doi:10.5935/0103-5053.20140209.Thyssen, V.V.; Maia, T.A.; Assaf, E.M. // Journal of the Brazilian Chemical Society 2014, doi:10.5935/0103-5053.20140209.Srivastava, S.; Jadeja, G.C.; Parikh, J. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 2017, 426, 244–256, doi:10.1016/j.molcata.2016.11.023.Srivastava, S.; Jadeja, G.C.; Parikh, J. // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 2017, 426, 244–256, doi:10.1016/j.molcata.2016.11.023.Asedegbega Nieto, E.; Ruiz, A.; Rodriguez-Ramos, I. // Thermochimica Acta – THERMOCHIM ACTA 2005, 434, 113–118, doi:10.1016/j.tca.2005.01.026.Asedegbega Nieto, E.; Ruiz, A.; Rodriguez-Ramos, I. // Thermochimica Acta – THERMOCHIM ACTA 2005, 434, 113–118, doi:10.1016/j.tca.2005.01.026.Crisafulli, C.; Galvagno, S.; Maggiore, R.; Scire, S.; Saeli, A. // Catal Lett 1990, 6, 77–83, doi:10.1007/BF00764055.Crisafulli, C.; Galvagno, S.; Maggiore, R.; Scire, S.; Saeli, A. // Catal Lett 1990, 6, 77–83, doi:10.1007/BF00764055.М.В. Шиманская, Ж.Г. Юсковец, В.В. Стонкус и др.; под ред. М.В. Шиманской. Контактные реакции фурановых соединений; Рига : Зинатне: АН ЛатвССР. Ин-т органич. синтеза, 1985.М.В. Шиманская, Ж.Г. Юсковец, В.В. Стонкус и др.; под ред. М.В. Шиманской. Контактные реакции фурановых соединений; Рига : Зинатне: АН ЛатвССР. Ин-т органич. синтеза, 1985.Yan, K.; Wu, G.; Lafleur, T.; Jarvis, C. // Renewable and Sustainable Energy Reviews 2014, 38, 663–676.Yan, K.; Wu, G.; Lafleur, T.; Jarvis, C. // Renewable and Sustainable Energy Reviews 2014, 38, 663–676.Du, H.; Ma, X.; Jiang, M.; Yan, P.; Conrad Zhang, Z. // Applied Catalysis A: General 2020, 598, 117598, doi:10.1016/j.apcata.2020.117598.Du, H.; Ma, X.; Jiang, M.; Yan, P.; Conrad Zhang, Z. // Applied Catalysis A: General 2020, 598, 117598, doi:10.1016/j.apcata.2020.117598.Du, H.; Ma, X.; Yan, P.; Jiang, M.; Zhao, Z.; Zhang, Z.C. // Fuel Processing Technology 2019, 193, 221–231, doi:10.1016/j.fuproc.2019.05.003.Du, H.; Ma, X.; Yan, P.; Jiang, M.; Zhao, Z.; Zhang, Z.C. // Fuel Processing Technology 2019, 193, 221–231, doi:10.1016/j.fuproc.2019.05.003.

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