Одностадийный процесс гидролиза-восстановления картофельного крахмала в сорбит в присутствии бифункционального катализатора Ru/Сs3HSiW12O40

В работе показана возможность получения сорбита из картофельного крахмала путем его одностадийного гидролиза-восстановления в присутствии бифункциональных катализаторов 0,3–3 мас.% Ru/Cs3HSiW12O40 (Ru/Cs-ГПК). Установлено, что катализатор, содержащий 1 мас.% Ru, является наиболее эффективным и это связано с оптимальным соотношением концентраций бренстедовских и льюисовских кислотных центров на поверхности носителя и высокой величиной удельной площади поверхности. Изучена кинетика реакции в присутствии 1%Ru/Сs-ГПК и определена наблюдаемая энергия активации гидролиза-восстановления крахмала в сорбит – (80±8) кДж/моль. На основании экспериментальных и литературных данных предложена кинетическая модель, описывающая процесс гидролиза-восстановления крахмала с достаточно высокой точностью. В присутствии катализатора оптимального состава (1%Ru/Cs-ГПК) при оптимальной температуре (150 °С) выход сорбита был 88 мол.% (99 мас.%) за 3 ч реакции.

1. Delgado-Arcaño Y., Mandelli D., Carvalho W.A. et al. // Waste and Biomass Valorization. 2021. Vol. 12, № 9. P. 5109–5120. DOI: 10.1007/s12649-021-01348-7.

2. Mäki-Arvela P., Holmbom B., Salmi T. et al. // Catal. Rev. 2007. Vol. 49, № 3. P. 197–340. DOI: 10.1080/01614940701313127.

3. Deng W., Wang Y., Zhang Q. et al. // Catalysis Surveys from Asia. 2012. Vol. 16, № 2. P. 91–105. DOI: 10.1007/s10563-012-9136-1.

4. Fukuoka A., Dhepe P.L. // Angewandte Chemie International Edition. 2006. Vol. 45, № 31. P. 5161–5163. DOI: https://doi.org/10.1002/anie.200601921.

5. Fukuoka A., Dhepe P.L. // The Chemical Record. 2009. Vol. 9, № 4. P. 224–235. DOI: https://doi.org/10.1002/tcr.200900004.

6. Gromov N.V., Medvedeva T.B., Taran O.P. et al. // Appl. Catal. A: Gen. 2020. Vol. 595. Article 117489. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcata.2020.117489.

7. Gromov N.V., Medvedeva T.B., Rodikova Y.A. et al. // Bioresour. Technol. 2021. Vol. 319. Article 124122. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.124122.

8. Liu M., Deng W., Zhang Q. et al. // Chem. Commun. 2011. Vol. 47, № 34. P. 9717–9719. DOI: 10.1039/c1cc12506k.

9. Xie X., Han J., Wang H. et al. // Catal. Today. 2014. Vol. 233. P. 70–76. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cattod.2013.09.061.

10. Колвин Д.Р. Структура и образование целлюлозных микрофибрилл // Целлюлоза и ее производные / пер. с англ. ; под ред. Н. Байклза, Л. Сегала. Т. 2. М. : Мир, 1974. С. 20–46.

11. Пат. 3963788A США, МПК CO7C 31/18. Polyhydric alcohol production using ruthenium zeolite catalyst / W.M. Kruse, L.W. Wright ; заявитель и патентообладатель W.M. Kruse, L.W. Wright. Опубл. 15.06.76.

12. Пат. 4694113 США, МПК C07C 29/132. Dual catalyst sequential method for production of sorbitol from hydrolyzed starch solution / G.J. Gauthier, J.D. Miceli ; заявитель и патентообладатель Pfizer Inc. Опубл. 15.09.87.

13. Пат. 2609398 США, МПК C07C 31/26. Process for hydrogenation of polysaccharides / J.H. Lolkema, A. van Westen ; заявитель и патентообладатель SCHOLTEN CHEMISCHE FAB. Опубл. 02.09.52.

14. Gromov N.V., Medvedeva T.B., Rodikova Y.A. et al. // RSC Advances. 2020. Vol. 10, № 48. P. 28856–28864. DOI: 10.1039/d0ra05501h.

15. Gromov N.V., Medvedeva T.B., Taran O.P. et al. // Catalysis in Industry. 2021. Vol. 13, № 1. P. 73–80. DOI: 10.1134/s2070050421010049.

16. Gromov N.V., Medvedeva T.B., Panchenko V.N. et al. // Catalysis in Industry. 2021. Vol. 13, № 1. P. 81–89. DOI: 10.1134/s2070050421010050.

17. Иконникова К.В. Теория и практика рН-метрического определения кислотно-основных свойств поверхности твердых тел : учеб. пособие / К.В. Иконникова, Л.Ф. Иконникова, Т.С. Минакова, Ю.С. Саркисов. Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2011. 85 с.

18. Паукштис Е. А., Инфракрасная спектроскопия в гетерогенном кислотном-основном катализе. Новосибирск : Наука, 1992. 254 с.

19. Raspolli Galletti A.M., Antonetti C., Fulignati S. et al. // Catalysts. 2020. Vol. 10, № 10. P. 1221. DOI: https://doi.org/10.3390/catal10101221

20. Luzgin M.V., Ka zantsev M.S., Volkova G.G. et al. // J. Catal. 2011. Vol. 277, № 1. P. 72–79. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcat.2010.10.015.

21. Luzgin M.V., Kazantsev M.S., Volkova G.G. et al. // J. Catal. 2013. Vol. 308. P. 250–257. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcat.2013.08.024.

22. Kim Y.T., Dumesic J.A., Huber G.W. // J. Catal. 2013. Vol. 304. P. 72–85. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcat.2013.03.022.

23. Deng W., Wang Y., Zhang Q. et al. // Catal. Surveys Asia. 2012. Vol. 16, № 2. P. 91–105. DOI: 10.1007/s10563-012-9136-1.

24. Negahdar L. Kinetic investigation of the hydrolytic hydrogenation of oligosaccharides to sorbitol : PhD dissertation. Aachen, Germany : RWTH Aachen University, 2015.

25. Komanoya T., Kobayashi H., Hara K. et al. // ChemCatChem. 2014. Vol. 6, № 1. P. 230-236. DOI: https://doi.org/10.1002/cctc.201300731.

26. Negahdar L., Oltmanns J.U., Palkovits S. et al. // Appl. Catal. B: Environ. 2014. Vol. 147. P. 677–683. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2013.09.046.

27. Математическое моделирование химико-технологических процессов : учеб. пособие / Н.В. Ушева, О.Е. Мойзес, О.Е. Митянина, Е.А. Кузьменко Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2014. 135 с.