Summary

Ottimizzazione dell'acidità dei catalizzatori Pt/ CNT per l'idrogenatossiosa di Diphenyl Ether

Published: August 17, 2019
doi:

Summary

Viene presentato un protocollo per la sintesi di HNbWO6, HNbMoO6, HTaWO6 nanofoglio di acido solido modificato Pt/CNT.

Abstract

Qui presentiamo un metodo per la sintesi di HNbWO6, HNbMoO6, HTaWO6 nanofoglio di acido solido modificato Pt/CNT. Variando il peso di vari nanofogli di acido solido, una serie di Pt/xHMNO6/CNT con diverse composizioni di acidi solidi (x 5, 20 wt%; M – Nb, Ta; N – Mo, W) sono stati preparati da pretrattamento dei nanotubi di carbonio, scambio prototipo, esfoliazione dell’acido solido, aggregazione e infine impregnazione delle particelle Pt. I Pt/xHMNO6/CNT sono caratterizzati da diffrazione a raggi X, microscopia elettronica a scansione, microscopia elettronica di trasmissione e desorption programmata NH3-temperatura. Lo studio ha rivelato che le nanoschede HNbWO6 erano attaccate ai CNT, con alcuni bordi dei nanofogli piegati in forma. La resistenza acida dei catalizzatori Pt supportati aumenta nel seguente ordine: Pt/CNTs < Pt/5HNbWO6/CNTs < Pt/20HNbMoO6/CNTs < Pt/20HNbWO6/CNTs < Pt/20HTaWO6/CNTs. Inoltre, è stata studiata l’idroconversione catalitica del composto del modello derivato dalla lignina: etere difenile che utilizza il catalizzatore sintetizzato Pt/20HNbWO6.

Introduction

Molti processi industriali per la produzione di sostanze chimiche comportano l’uso di acido inorganico acquoso. Un esempio tipico è il processo convenzionale H2SO4 per l’idratazione del cicloohexane per produrre cicloohexanol. Il processo prevede un sistema bifasico, con il cicloohexane in fase organica e il prodotto cyclohexanol in fase acida acquosa, rendendo così difficile il processo di separazione per semplice distillazione. Oltre alla difficoltà di separazione e recupero, l’acido inorganico è anche altamente tossico e corrosivo per le apparecchiature. A volte, l’uso di acido inorganico genera sottoprodotti che abbasseranno la resa del prodotto e devono essere evitati. Ad esempio, la disidratazione di 2-cyclohexene-1-ol per produrre 1,3-cyclohexadiene utilizzando H2SO4 porterà alla polimerizzazione sottoprodotti1. Così, molti processi industriali si spostano verso l’utilizzo di catalizzatori di acido solido. Vari acidi solidi tolleranti all’acqua vengono utilizzati per risolvere il problema di cui sopra e per massimizzare le rese del prodotto, come l’uso di HzSM-5 e Amberlyst-15. È stato dimostrato che l’uso di zeolite ad alta silice HSM-5 sostituisce H2SO4 nella produzione di cicloohexanol da benzene2. Poiché la zeolite è presente nella fase acquosa neutra, il prodotto passerà esclusivamente alla fase organica, semplificando così il processo di separazione. Tuttavia, a causa della formazione di adduttodio acido-base di Lewis di molecole d’acqua ai siti acidi di Lewis, i materiali zeolitici hanno ancora dimostrato una minore selettività a causa della presenza di siti inattivi3. Tra tutti questi acidi solidi, Nb2O5 è uno dei migliori candidati che contengono sia Lewis e brènsted acido siti. L’acidità di Nb2O5onH2O è equivalente a una soluzione 70% H2SO4, a causa della presenza dei protoni labili. L’acidità di Brasted, che è paragonabile ai materiali zeolitici protonici, è molto alta. Questa acidità si rivolgerà all’acidità di Lewis dopo l’eliminazione dell’acqua. In presenza di acqua, Nb2O5 forma il tetraedro NbO4-H2O addotti, che possono diminuire in acidità Lewis. Tuttavia, i siti di acido di Lewis sono ancora efficaci dal momento che il tetraedro NbO4 hanno ancora efficaci cariche positive4. Tale fenomeno è stato dimostrato con successo nella conversione del glucosio in 5-(idrossimetile)furfural (HMF) e l’allealazione della benzaldeide con stagno tetrall in acqua5 . I catalizzatori tolleranti all’acqua sono quindi cruciali nella conversione della biomassa nelle applicazioni delle energie rinnovabili, soprattutto quando le conversioni vengono eseguite in solventi ambientali benigni come l’acqua.

Tra i numerosi catalizzatori di acidi solidi benigni ambientali, i nanomateriali di carbonio funzionalizzati che utilizzano grafene, nanotubi di carbonio, nanofibre di carbonio, materiali di carbonio mesoporosi hanno svolto un ruolo importante nella valorizzazione della biomassa a causa della porosità regolabile, estremamente alta superficie specifica, e l’eccellente idrofobicità6,7. I derivati sulfonati sono materiali catalitici protonici particolarmente stabili e altamente attivi. Possono essere preparati mediante carbonizzazione incompleta di composti aromatici solforati8 o con solfinetta di zuccheri incompletamente carbonizzati9. Essi hanno dimostrato di essere catalizzatori molto efficienti (ad esempio, per l’esterificazione di acidi grassi più elevati) con attività paragonabili all’uso del liquido H2SO4. I grafene e i CNT sono materiali in carbonio con un’ampia superficie, eccellenti proprietà meccaniche, buona resistenza acida, distribuzioni uniformi delle dimensioni dei pori, nonché resistenza alla deposizione di coke. Il grafene sulfonato è stato trovato per catalizzare in modo efficiente l’idrolisi dell’acetato di etilo10 e i catalizzatori di grafene bifunzionali sono stati trovati per facilitare la conversione in un vaso dell’acido levulilico in -valerolactone11. I metalli bifunzionali supportati sui CNT sono anche catalizzatori molto efficienti per l’applicazione nella conversione della biomassa12,13 come l’ossidazione aerobica altamente selettiva di HMF a 2,5-diformylfuran sopra il VO2-PANI/CNT catalizzatore14.

Sfruttando le proprietà uniche dell’acido solido Nb2O5, dei CNT funzionalizzati e dei metalli bifunzionali supportati sui CNT, riportiamo il protocollo per la sintesi di una serie di Nanofoglio di acido solido basato su Nb(Ta) modificato Pt/CNT con un alto superficie con un metodo di aggregazione di nanofogli. Inoltre, abbiamo dimostrato che Pt/20HNbWO6/CNT, a causa dell’effetto sinergico di particelle Pt ben disperse e di forti siti acidi derivati da nanofogli HNbWO6, presentano la migliore attività e selettività nella conversione composti del modello derivato dalla lignina nei combustibili mediante idrodeossigenazione.

Protocol

AVVISO: per i metodi di manipolazione, le proprietà e le tossicità corrette delle sostanze chimiche descritte in questo documento, fare riferimento alle schede tecniche di sicurezza dei materiali pertinenti (MSDS). Alcune delle sostanze chimiche utilizzate sono tossiche e cancerogene e deve essere prestata particolare attenzione. I nanomateriali possono potenzialmente comportare rischi per la sicurezza e gli effetti sulla salute. L’inalazione e il contatto con la pelle dovrebbero essere evitati. Devono essere esercitat…

Representative Results

I modelli di diffrazione a raggi X (XRD) sono stati studiati per il precursore LiNbWO6 e per il corrispondente campione di catalizzatore scambiato con i protoni HNbWO6 per determinare la fase (Figura 1 e Figura 2). NH3-temperatura programmata desorption (NH3-TPD) è stato utilizzato per sondare l’acidità superficiale dei campioni catalizzatori (Figura 3). La microscopi…

Discussion

Il pretrattamento dei CNT con acido nitricoaumenta significativamente la superficie specifica (S BET). I CNT grezzi hanno una superficie specifica di 103 m2/g mentre dopo il trattamento, la superficie è stata aumentata a 134 m2/g. Pertanto, tale pretrattamento per creare difetti sulla superficie CNT avrà un effetto positivo sulla superficie specifica sui catalizzatori dopo la modifica dell’acido solido e l’impregnazione delle particelle di platino. Poiché la superficie diminuirà dopo …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Il lavoro descritto in questo documento è stato pienamente sostenuto da una sovvenzione del Research Grants Council della Regione Amministrativa Speciale di Hong Kong, Cina (UGC/FDS25/E09/17). Riconosciamo inoltre con gratitudine la National Natural Science Foundation of China (21373038 e 21403026) per aver fornito strumenti analitici per la caratterizzazione del catalizzatore e del reattore a letto fisso per la valutazione delle prestazioni del catalizzatore. Il Dr. Hongxu Qi desidera ringraziare per l’assistente di ricerca concessa dal Research Grants Council di Hong Kong (UGC/FDS25/E09/17).

Materials

Carbon nanotubes (multi-walled) Sigma Aldrich 724769
Nitric acid (65%) Sigma Aldrich V000191
sulphuric acid (98%) MERCK 100748
Lithium carbonate (>99%) Aladdin L196236
Niobium pentaoxide (99.95%) Aladdin N108413
Tungsten trioxide (99.8%) Aladdin T103857
Molybdenum trioxide (99.5%) Aladdin M104355
Tantalum oxide (99.5%) Aladdin T104746
Chloroplatinic acid hexahydrate, ≥37.50% Pt basis Sigma Aldrich 206083
tetra (n-butylammonium) hydroxide 30-hydrate Aladdin D117227
Diphenyl ether, 98% Aladdin D110644
2-Bromoacetophenone,98% Aladdin B103328
Diethyl ether,99.5% Sinopharm 10009318
n-Decane,98% Aladdin D105231
n-Dodecane,99% Aladdin D119697
Autoclave Reactor CJF-0.05—0.1L (Dalian Tongda Equipment Technology Development Co., Ltd)
Tube furnace SK2-1-10/12 (Luoyang Huaxulier Electric Stove Co., Ltd)

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Cite This Article
Guan, W., Li, C., Chen, X., Lu, X., Tsang, C., Hu, H., Qi, H., Liang, C. Tuning the Acidity of Pt/ CNTs Catalysts for Hydrodeoxygenation of Diphenyl Ether. J. Vis. Exp. (150), e59870, doi:10.3791/59870 (2019).

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