Afinación de la acidez de los catalizadores Pt/ CNTs para la hidrodesoxigenación del éter de difenilo

Muchos procesos industriales para la fabricación de productos químicos implican el uso de ácido inorgánico acuoso. Un ejemplo típico es el proceso convencional H₂SO₄ para la hidratación del ciclohexano para producir ciclohexanol. El proceso implica un sistema bifásico, con el ciclohexano en fase orgánica y el producto ciclohexanol en fase acuosa ácida, lo que dificulta el proceso de separación por simple destilación. Aparte de la dificultad en la separación y recuperación, el ácido inorgánico también es altamente tóxico y corrosivo para el equipo. A veces, el uso de ácido inorgánico genera subproductos que reducirán el rendimiento del producto y deben evitarse. Por ejemplo, la deshidratación de 2-ciclohexeno-1-ol para producir 1,3-ciclohexadieno usando H₂SO₄ dará lugar a subproductos de polimerización¹. Por lo tanto, muchos procesos industriales se desplazan hacia el uso de catalizadores de ácido sólido. Varios ácidos sólidos tolerantes al agua se utilizan para resolver el problema anterior y para maximizar los rendimientos del producto, como el uso de HZSM-5 y Amberlyst-15. Se ha demostrado que el uso de zeolita HZSM-5 de alta sílice sustituye a H₂SO₄ en la producción de ciclohexanol a partir del benceno^2. Dado que la zeolita está presente en la fase acuosa neutra, el producto pasará exclusivamente a la fase orgánica, simplificando así el proceso de separación. Sin embargo, debido a la formación de aductos de base de ácido Lewis de moléculas de aguaa los sitios de ácido Lewis, los materiales zeoliticos todavía demostraron menor selectividad debido a la presencia de sitios inactivos 3. Entre todos estos ácidos sólidos, Nb₂O₅ es uno de los mejores candidatos que contienen tanto los sitios de ácido Lewis como el de Brensted. La acidez de Nb₂O₅nH₂O es equivalente a una solución de 70% H₂SO_4, debido a la presencia de los protones lábiles. La acidez de Br-nsted, que es comparable a los materiales de zeolita protónica, es muy alta. Esta acidez se convertirá en acidez Lewis después de la eliminación del agua. En presencia de agua, Nb₂O₅ forma los aductos tetraédricos NbO₄-H₂O, que pueden disminuir en la acidez de Lewis. Sin embargo, los sitios de ácido Lewis siguen siendo eficaces ya que el tetraédrico NbO₄ todavía tienen cargas positivas efectivas⁴. Tal fenómeno se ha demostrado con éxito en la conversión de glucosa en 5-(hidroximetil)furfural (HMF) y la alilación de benzaldehído con estano de tetraalilo en agua⁵. Por lo tanto, los catalizadores tolerantes al agua son cruciales en la conversión de biomasa en aplicaciones de energía renovable, especialmente cuando las conversiones se realizan en disolventes benignos ambientales como el agua.

Entre los muchos catalizadores ambientales benignos de ácido sólido, nanomateriales de carbono funcionalizados utilizando grafeno, nanotubos de carbono, nanofibras de carbono, materiales de carbono mesoporosos han estado desempeñando un papel importante en la valorización de la biomasa debido a la porosidad ajustable, superficie específica extremadamente alta, y excelente hidrofobicidad^6,7. Los derivados sulfonados son materiales catalíticos protónicos particularmente estables y altamente activos. Pueden ser preparados por carbonización incompleta de compuestos aromáticos sulfonados⁸ o por sulfonación de azúcares incompletamente carbonizados⁹. Han demostrado ser catalizadores muy eficientes (por ejemplo, para la esterificación de ácidos grasos más altos) con una actividad comparable al uso del líquido H₂SO₄. Los grafenos y CNT son materiales de carbono con una gran superficie, excelentes propiedades mecánicas, buena resistencia al ácido, distribuciones uniformes de tamaño de poro, así como resistencia a la deposición de coque. Se ha encontrado que el grafeno sulfonado cataliza eficientemente la hidrólisis del acetato de etilo¹⁰ y se han encontrado catalizadores bifuncionales de grafeno para facilitar la conversión de un depósito de ácido levullinico a -valerolactona¹¹. Los metales bifuncionales soportados en CNT también son catalizadores muy eficientes para su aplicación en la conversión de biomasa^12,13 como la oxidación aeróbica altamente selectiva de HMF a 2,5-diformylfuran sobre el VO_2-PANI/CNT catalizador¹⁴.

Aprovechando las propiedades únicas de Nb₂O₅ ácido sólido, CNT funcionalizados y metal bifuncional soportado en CNTs, informamos del protocolo para la síntesis de una serie de Nb(Ta) basado en nanohoja de ácido sólido modificado Pt /CNTs con un alto superficie mediante un método de agregación de nanohojas. Además, demostramos que Pt/20HNbWO₆/CNTs, como resultado del efecto sinérgico de partículas Pt bien dispersas y sitios de ácido fuerte derivados de nanohojas HNbWO_6, exhiben la mejor actividad y selectividad en la conversión compuestos modelo derivados de lignina en combustibles por hidrodesoxigenación.