Нанесенные медные катализаторы гидрирования D-глюкозы в D-сорбит в мягких условиях

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).

1. 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.

2. 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/vtchem2021.3.3

3. 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.

4. Murzin D.Y., Simakova I.L. // Catalysis in industry. 2011. V. 3. P. 218 – 249. http://dx.doi.org/10.1134/S207005041103007X

5. Wang 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.4636717

6. Патент RU 2668809, опубл. 08.10.2018.

7. 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:115:1-3:0807

8. Ahmed M.J., Khadom A.A., Kadhum A.A.H. // Eur. J. Sci. Res. 2009. V. 30. № 2. P. 294 – 304

9. Esposito 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.8b04710

10. Aho A., Roggan S., Simakova O., Salmi T., Murzin D. // Catalysis Today. 2015. V. 241. P. 195 – 199. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2013.12.031

11. Makkee 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)85106-5

12. Zelin 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.2017.02.127

13. Liu 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/C8NJ05815F

14. Ranu B.C., Dey R., Chatterjee T., Ahammed S. // ChemSusChem. 2012. V. 5. № 1. P. 22 – 44. https://doi.org/10.1002/cssc.201100348

15. Rao 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.1997.1832

16. Yoshida 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.2010.02.028

17. Lok 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/10.1515/9783110545210-001

18. Кулакова И.И., Лисичкин Г.В. Каталитическая химия. Часть 1. Основы катализа М.: Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, 2014. 112 с.

19. 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.

20. 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.

21. 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/10.18412/1816-0387-2022-5-70-82

22. Athikaphan 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.2024.103541

23. Leela 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.2025.104020

24. Чоркендорф И., Наймантсведрайт. Х. Современный катализ и химическая кинетика. Долгопрудный: ИД «Интеллект», 2010. 599 с

25. 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.

26. Розовский А.Я. // Успехи химии. 1989. Т. 58. № 1. С. 68 – 93. https://www.uspkhim.ru/RCR3425pdf.

27. Чукин Г.Д. Строение оксида алюминия и катализаторов гидрообессеривания. Механизмы реакций. М.: Типография Паладин, ООО «Принта», 2010. 288 с.

28. Андерсон Д. Структура металлических катализаторов. Новосибирск: Наука, 1978. 384 с.

29. 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.

30. Афинеевский А.В., Прозоров Д.А., Осадчая Т.Ю., Румянцев Р.Н. Гидрирование на гетерогенных катализаторах. Казань: Бук, 2020. 475 с.

31. 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-2014-1117

32. Старцев А.Н., Захаров И.И. // Успехи химии. 2003. Т. 72. № 6. С. 579 – 601. https://doi.org/10.1070/RC2003v072n06ABEH000772.

33. Паукштис Е.А., Юрченко Э.Н. // Успехи химии. 1983. Т. 52. № 3. С. 426-454. https://www.uspkhim.ru/php/getFT.phtml?paperid=2812.

34. Старцев А.Н. Сульфидированные катализаторы гидроочистки: синтез, структура, свойства / Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. Новосибирск: ГЕО, 2007. 206 с.

35. Григорьев М.Е., Королёв А.И. // Вестник Тверского государственного университета. Серия «Химия». 2023. № 4(54). С. 69 – 79. https://doi.org/10.26456/vtchem2023.4.8