Катализаторы Fe-SBA-15 для деполимеризации гемицеллюлоз

Методом соконденсации в кислой среде (1,6 М HCl) при мольном соотношении Fe/Si, равном 5, 15 и 20 % в исходном геле, синтезированы железосодержащие катализаторы на основе мезоструктурированного силиката SBA-15. Методами порошковой рентгеновской дифракции, сорбции азота и электронной микроскопии показано, что полученные катализаторы сохраняют упорядоченную гексагональную мезоструктуру, характерную для SBA-15. Методом рентгенофлуоресцентного анализа установлено, что содержание железа в готовых образцах не превышает 0,06 мол.%. Для SBA-15 длина волокон составляет ~2 мкм, толщина ~0,2 мкм. Введение прекурсора железа в синтетический раствор приводит к удлинению частиц железосодержащих катализаторов до 10–30 мкм при этом толщина практически не изменяется. Каталитические свойства полученных катализаторов исследованы в реакции гидролиза и окисления кислородом воздуха растворимых гемицеллюлозных сахаров древесины осины, выделенных гидролитической обработкой. Максимальный выход муравьиной кислоты составил 25,8 мас.% (150 °С, 5 ч).

1. Sun S.-F., Yang H.-Y., Yang J., Shi Z.-J. // Industrial Crops and Products. 2022. V. 178. P. 114654. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.114654

2. Sutay Kocabaş D., Köle M., Yağcı S. // Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2020. V. 29. P. 101793. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2020.101793

3. Islam M. K., Wang H., Rehman S., Dong C., Hsu H.-Y., Lin C. S. K., Leu S.-Y. // Bioresource Technology. 2020. V. 298. P. 122558. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122558

4. Anwar Z., Gulfraz M., Irshad M. // Journal of radiation research and applied sciences. 2014. V. 7. № 2. P. 163-173. https://doi.org/10.1016/j.jrras.2014.02.003

5. Gromov N. V., Taran O. P., Parmon V. N. CHAPTER 3. Catalysts for Depolymerization of Biomass // Sustainable Catalysis for BiorefineriesThe Royal Society of Chemistry, 2018. ‒ C. 65-97. https://doi.org/10.1039/9781788013567-00065

6. Gromov N. V., Taran O. P., Sorokina K. N., al. e. // Catalysis in Industry. 2016. V. 8. № 2. P. 176-186. https://doi.org/10.1134/s2070050416020057

7. Li B., Haneklaus N. // Energy Reports. 2021. V. 7. P. 783-791. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.09.194

8. Haghighi Mood S., Hossein Golfeshan A., Tabatabaei M., al e. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2013. V. 27. P. 77-93. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.06.033

9. Sun X.-F., Wang H.-h., Jing Z.-x., Mohanathas R. // Carbohydrate Polymers. 2013. V. 92. № 2. P. 1357-1366. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.10.032

10. Souza M. A. d., Vilas-Boas I. T., Leite-da-Silva J. M., al e. // Polysaccharides. 2022. V. 3. № 1. P. 95-120. https://doi.org/10.3390/polysaccharides3010005

11. Liu X., Lin Q., Yan Y., Peng F., Sun R., Ren J. // Current medicinal chemistry. 2019. V. 26. № 14. P. 2430-2455. https://doi.org/10.2174/092986732614190724160641

12. Qaseem M. F., Shaheen H., Wu A.-M. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021. V. 144. P. 110996. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110996

13. Zhang Z., Huber G. W. // Chemical Society Reviews. 2018. V. 47. № 4. P. 1351-1390. https://doi.org/10.1039/C7CS00213K

14. Wang W., Niu M., Hou Y., al e. // Green chemistry. 2014. V. 16. № 5. P. 2614-2618. https://doi.org/10.1039/C4GC00145A

15. Bulushev D. A., Ross J. R. // ChemSusChem. 2018. V. 11. № 5. P. 821-836. https://doi.org/10.1002/cssc.201702075

16. Voskresenskaya E. N., Kirilets V. M., Taran O. P., Kuznetsov B. N. // Catalysis in Industry. 2024. V. 16. № 3. P. 339-349. https://doi.org/10.1134/s2070050424700181

17. Singh J., Awasthi A., Dipti D., al e. // ChemInform. 2013. V. 44. № 27. P. no-no. http://doi.org/10.14233/ajchem.2013.13111

18. Gromov N. V., Taran O. P., Delidovich I. V., al e. // Catalysis Today. 2016. V. 278, Part 1. P. 74-81. http://doi.org/10.1016/j.cattod.2016.03.030

19. Hoang A. T., Nizetic S., Ong H. C., al e. // Journal of Environmental Management. 2021. V. 296. P. 113194. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113194

20. Gallezot P. // Chemical Society Reviews. 2012. V. 41. № 4. P. 1538-1558. https://doi.org/10.1039/C1CS15147A

21. Phu N. H., Khieu D. Q., Phuong D. T. // Studies in surface science and catalysis. 2007. V. 170. P. 1975-1980. https://doi.org/10.1016/S0167-2991(07)81088-3

22. Jung J.-S., Choi K.-H., Jung Y.-K., al e. // Journal of magnetism and magnetic materials. 2004. V. 272. P. E1157-E1159. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2003.12.700

23. Martínez F., Calleja G., Melero J., Molina R. // Applied Catalysis B: Environmental. 2005. V. 60. № 3-4. P. 181-190. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2005.03.004

24. Martínez F., Calleja G., Melero J., Molina R. // Applied Catalysis B: Environmental. 2007. V. 70. № 1-4. P. 452-460. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2005.10.034

25. Kresge C. T., Leonowicz M. E., Roth W. J., al e. // Nature. 1992. V. 359. № 6397. P. 710-712.

26. Zhao D., Feng J., Huo Q., Melosh N., Fredrickson G. H., Chmelka B. F., Stucky G. D. // science. 1998. V. 279. № 5350. P. 548-552. https://doi.org/10.1126/science.279.5350.548

27. Bepari R. A., Das B. K. // Катализ в промышленности. 2024. V. 24. № 3. P. 71. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2024-3-71

28. Мамонтов Г. В., Евдокимова Е. В., Савельева А. С., al e. // Катализ в промышленности. 2022. V. 22. № 6. P. 6-15. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2022-6-6-15

29. Wang X. Q., Ge H. L., Jin H. X., Cui Y. J. // Microporous and Mesoporous Materials. 2005. V. 86. № 1. P. 335-340. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2005.07.038

30. Cano L. A., Cagnoli M. V., Bengoa J. F., Marchetti S. G. // Energy Technology. 2020. V. 8. № 7. P. 2000150. https://doi.org/10.1002/ente.202000150

31. Wang Y., Zhang Q., Shishido T., Takehira K. // Journal of Catalysis. 2002. V. 209. № 1. P. 186-196. https://doi.org/10.1006/jcat.2002.3607

32. Liu C.-Y., Chen C.-F., Leu J.-P., Lin Y.-C. // Journal of sol-gel science and technology. 2007. V. 43. P. 47-51. https://doi.org/10.1007/s10971-007-1534-x

33. Martinez F., Han Y.-J., Stucky G., Sotelo J., Ovejero G., Melero J. // Studies in Surface Science and Catalysis. 2002. V. 142. P. 1109-1116. https://doi.org/10.1016/S0167-2991(02)80269-5

34. Li Y., Feng Z., Lian Y., al e. // Microporous and Mesoporous Materials. 2005. V. 84. № 1-3. P. 41-49. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2005.05.021

35. Bhaumik A., Samanta S., Mal N. // Pramana - J. Phys. 2005. V. 65. P. 855-862. https://doi.org/10.1007/BF02704085

36. Stockenhuber M., Hudson M. J., Joyner R. W. // The Journal of Physical Chemistry B. 2000. V. 104. № 14. P. 3370-3374. https://doi.org/10.1021/jp993355h

37. Zhang Z., Dong W., Huang Y. // Scientific Reports. 2024. V. 14. № 1. P. 25972. https://doi.org/10.1038/s41598-024-76520-9

38. Hu Y. L., Rong Q., Chen C., Liang Chen H. // ChemistrySelect. 2023. V. 8. № 35. P. e202300754. https://doi.org/10.1002/slct.202300754

39. Choi J.-S., Yoon S.-S., Jang S.-H., Ahn W.-S. // Catal. Today. 2006. V. 111. № 3-4. P. 280-287. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2005.10.037

40. Jiang Y., Lin K., Zhang Y., Liu J., Li G., Sun J., Xu X. // Appl. Catal., A. 2012. V. 445-446. P. 172-179. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.08.016

41. Li B., Wu K., Yuan T., Han C., Xu J., Pang X. // Microporous Mesoporous Mater. 2012. V. 151. P. 277-281. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2011.10.024

42. Shao Y., Wang L., Zhang J., Anpo M. // J. Phys. Chem. B. 2005. V. 109. № 44. P. 20835-20841. https://doi.org/10.1021/jp054024+

43. Xu J., Kevan L. // Appl. Magn. Reson. 2001. V. 20. № 1-2. P. 3-15. https://doi.org/10.1007/bf03162308

44. Liu H., Lu G., Guo Y., Guo Y., Wang J. // Nanotechnology. 2006. V. 17. № 4. P. 997-1003. https://doi.org/10.1088/0957-4484/17/4/026

45. Jia L., Zhang S., Song H., al e. // CIESC Journal. 2009. V. 60. № 9. P. 2210-2214.

46. Delbecq F., Wang Y., Muralidhara A., al e. // Frontiers in chemistry. 2018. V. 6. P. 146. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00146

47. Borovkova V. S., Malyar Y. N., Sudakova I. G., al e. // Polymers. 2022. V. 14. № 21. P. 4521. https://doi.org/10.3390/polym14214521

48. Parfenov V. A., Ponomarenko I. V., Novikova S. A. // Materials Chemistry and Physics. 2019. V. 232. P. 193-199. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.04.087

49. Lazar K., Calleja G., Melero J., al e. // Studies in Surface Science and Catalysis. 2004. V. 154. P. 805-812. https://doi.org/10.1016/S0167-2991(04)80888-7

50. Фенелонов В. Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов. Изд-во Сиб. отд-ния Рос. акад. наук, 2004 с.

51. Rouquerol J., Rouquerol F., Llewellyn P. Adsorption by powders and porous solids: principles, methodology and applications. Academic press, 2013. ‒ 646 с.

52. Jaroniec M., Solovyov L. A. // Langmuir. 2006. V. 22. № 16. P. 6757-6760. https://doi.org/10.1021/la0609571

53. Tewari P. H., Campbell A. B. // Journal of colloid and interface science. 1976. V. 55. № 3. P. 531-539.

54. Айлер Р. Химия кремнезема. Мир, 1982. ‒ 712 с.

55. Mesmer R. E., Baes C. F., Jr. // Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1990. V. 180. P. 85-96. https://doi.org/10.1557/proc-180-85

56. Skripnikov A. M., Eremina A. O., Novikova S. A., al e. // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2023. V. 16. № 4. P. 631-642.

57. Novikova S. A., Shaer Y. R., Eremina A. O., al e. // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2024. V. 69. № 4. P. 537-545. http://doi.org/10.1134/S0036023624600497

58. Gromov N. V., Medvedeva T. B., Rodikova Y. A., Pestunov A. V., Zhizhina E. G., Taran O. P. // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2018. V. 11. № 1. P. 56-71. https://doi.org/10.17516/1998-2836-0058

59. Albert J., Wölfel R., Bösmann A., Wasserscheid P. // Energy & Environmental Science. 2012. V. 5. № 7. P. 7956-7962. https://doi.org/10.1039/C2EE21428H