כוונון החומציות של מזרזים Pt/CNTs להידרוחמצון אתר
Summary
פרוטוקול לסינתזה של HNbWO6, hnbwo6, hnbwo6 מוצק ננוגיליון הננו שונה Pt/cnts מוצג.
Abstract
אנו כאן להציג שיטה לסינתזה של HNbWO6, hnbwo6, hnbwo6 הננו מוצק חומצה ננוsheet שונה Pt/cnts. על ידי שינוי המשקל של ננוגיליונות שונים של חומצה מוצק, סדרה של Pt/xHMNO6/cnts עם קומפוזיציות מוצק חומצה שונים (x = 5, 20 wt%; M = Nb, Ta; N = Mo, W) הוכנו על ידי הטיפול הננו-שפופרת פחמן, החלפת protonic, קילוף חומצה מוצק, צבירה ולבסוף הספגה חלקיקים Pt. ה-Pt/xHMNO6/cnts מאופיינים בעקיפה של קרני רנטגן, סריקת מיקרוסקופ אלקטרוני, מיקרוסקופ אלקטרוני שידור ו-NH3טמפרטורה מתוכנת. המחקר חשף כי HNbWO6 ננוגיליונות צורפו על cnts, עם כמה קצוות של ננוגיליונות להיות מכופף בצורה. חוזק החומצה של זרזים Pt נתמך עולה בסדר הבא: Pt/CNTs < Pt/5HNbWO6/cnts < Pt/20HNbMoO6/cnts ≪ Pt/20 hnbwo6/Cnts ≪ pt/20hnbmoo 6/cntss. בנוסף, הידרו קטליטיים של תרכובת המודל של lignin-נגזר: אתר diphenyl באמצעות מסונתז Pt/20HNbWO6 זרז נחקר.
Introduction
תהליכי תעשיה רבים לייצור כימיקלים כרוכים בשימוש בחומצה אורגנית מימית. דוגמה אחת טיפוסית היא H2המקובל כל כך4 תהליך עבור הידרציה של ציקלוהקאן לייצר cyclohexanol. התהליך כולל מערכת biphasic, עם ציקלוהקאן להיות בשלב אורגני ואת המוצר cyclohexanol להיות בשלב מימית חומצי, ובכך להפוך את תהליך ההפרדה על ידי זיקוק פשוט קשה. מלבד הקושי בהפרדה והתאוששות, חומצה אורגנית הוא גם רעיל מאוד ומאכל לציוד. לפעמים, השימוש בחומצה לא אורגנית יוצר תוצרי לוואי שיוריד את תפוקת המוצר ויש להימנע ממנו. לדוגמה, התייבשות של 2-ציקלוהקאן-1-ol כדי לייצר 1, 3-ציקלוהקסן באמצעות H2כך4 יוביל לתוצרי לוואי פולימור1. כך, תהליכים תעשייתיים רבים לנוע לכיוון שימוש זרזים חומצה מוצק. חומצות מוצק עמידות במים שונים משמשים כדי לפתור את הבעיה לעיל כדי למקסם את התשואות המוצר, כגון השימוש HZSM-5 ו-ברחוב. השימוש של הגבוהה סיליקה hzsm-5 זאוליט הוכח להחליף H2כל כך4 בייצור של cyclohexanol מתוך בנזן2. מאחר והזאוליט נוכח בשלב הנייטרלי, המוצר ילך לשלב האורגני באופן בלעדי, ובכך יפשט את תהליך ההפרדה. עם זאת, בשל חומצות לואיס בסיס היווצרות של מולקולות מים לאתרי חומצת לואיס, חומרים zeolitic עדיין הפגינו בסלקטיביות נמוכה יותר בשל נוכחותם של אתרים לא פעילים3. בין כל אלה חומצות מוצק, Nb2O5 הוא אחד המועמדים הטובים ביותר המכילים הן לואיס ו חומצה BrØnsted אתרים. החומציות של Nb2o5∙ nH2o שווה ערך 70% H2כל כך4 הפתרון, בשל נוכחותם של הפרוטונים לאבאיל. החומציות הBrØnsted, הדומה לחומר הזיטוני, גבוה מאוד. חומציות זו תפנה אל לואיס חומציות לאחר חיסול המים. בנוכחות מים, Nb2o5 מהווה את הטטרהדרב14-H2o adducts, אשר עשויים להקטין את חומציות לואיס. עם זאת, האתרים חומצה לואיס הם עדיין יעילים מאז ה-NbO4 טטרהדרד עדיין יש חיובים חיוביים יעילים4. תופעה כזו הוכיחה בהצלחה המרה של גלוקוז לתוך 5-(הידרוקסימתיל) furfural (HMF) ו בזיללציה של בנזלדהייד עם טטראליאיל בדיל במים5. זרזים עמידים בפני מים הם קריטיים ולכן בהמרת ביומסה ביישומים אנרגיה מתחדשת, במיוחד כאשר ההמרות מתבצעות ממיסים שפירים סביבתיים כגון מים.
בין הרבים הסביבתיים שפירים מוצק חומצה שפיר, הפונקציונליזציה פחמן ננו באמצעות הגרפן, פחמן צינוריות, פחמן ננוסיבים, mesoporous חומרים פחמן כבר משחק תפקיד חשוב ב valorization של ביומסה בשל ה , משטח מאוד גבוה. והידרופוביטי6,7 הנגזרים הסולולטיים הם יציבים במיוחד וחומרים מאוד קטליטי ופעילים. הם יכולים להיות מוכנים על ידי הקרנון לא מלאה של תרכובות ארומטיות הסולאוטיים8 או על ידי הסולרות של סוכרים בלתי מואבקים לחלוטין9. הם הוכיחו להיות זרזים יעילים מאוד (למשל, עבור האסטפיקציה של חומצות שומן גבוהות יותר) עם פעילות הדומה לשימוש ב-H2הנוזלי כל כך4. גרארנים ו-CNTs הם חומרי פחמן עם שטח שטח גדול, תכונות מכניות מעולה, עמידות לחומצה טובה, הפצות בגודל הנקבוביות האחיד, כמו גם התנגדות לתצהיר קוק. גראפן הסולולנטי נמצא ביעילות לזרז את ההידרוליזה של אצטט אתיל10 ו-bifunctional מזרזים ביותר מצאו כדי להקל על המרה של סיר אחד של חומצה levullinic γ-valerolactone11. מתכות bifunctional נתמך ב cnts הם גם זרזים יעילים מאוד עבור יישום המרת ביומסה12,13 כגון חמצון אירובי מאוד סלקטיבי של hmf כדי 2, 5-diformylfuran על VO2-PANI/cnt . זרז14
ניצול המאפיינים הייחודיים של Nb2O5 חומצה מוצק, פונקציונטים cnts ו bifunctional מתכת נתמך ב cnts, אנו מדווחים על הפרוטוקול לסינתזה של סדרה של Nb (Ta)-מבוסס חומצה מוצק ננוגיליון שונה Pt/cnts עם גבוהה שטח על-ידי שיטת צבירה של מצבור ננוגיליונות. יתר על כן, הדגמנו כי Pt/20HNbWO6/cnts, כתוצאה של ההשפעה הסינמיסטית של חלקיקים pt התפזרו היטב ואתרי חומצה חזקה נגזר HNbWO6 ננוגיליונות, התערוכה הטובה ביותר ובסלקטיביות בהמרת lignin-נגזרת תרכובות מודל לדלקים על ידי הידרוחמצון.
Protocol
Representative Results
Discussion
טיפול מקדים של CNTs עם חומצה חנקנית מגבירים את שטח המשטח המסוים (SBET) באופן משמעותי. Raw CNTs יש אזור משטח ספציפי של 103 m2/g תוך כדי הטיפול, שטח פני השטח הוגדלה כדי 134 m2/g. לכן, טיפול מראש כזה כדי ליצור פגמים על פני השטח CNT תהיה השפעה חיובית על פני שטח מסוים על הזרזים לאחר שינוי חומצה מוצ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
העבודה המתוארת במאמר זה הייתה נתמכת באופן מלא על ידי מענק מתוך מועצת מענקי המחקר של הונג קונג באזור המינהלי המיוחד, סין (בFDS25/E09/17). אנו גם מכירים בהכרת המדינה הלאומית למדע הטבע של סין (21373038 ו-21403026) לאספקת מכשירים אנליטיים לאפיון זרז והכור למיטה קבועה להערכת ביצועי הזרז. ד ר Hongxu צ’י רוצה להודות על המחקר המחקרי שניתנו על ידי מועצת מענקי המחקר של הונג קונג (מאוסי/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) |
References
- Jensen, J. L., Uaprasert, V., Fujii, C. R. Acid-Catalyzed Hydration of Dienes. 2. Changes in Activity Coefficient Ratios, Enthalpy, and Entropy as a Function of Sulfuric Acid Concentration. Journal of Organic Chemistry. 41 (10), 1675-1680 (1976).
- Ishida, H., Ono, M., Kaji, S., Watanabe, A. Synthesis of 1,3-Cyclohexadiene through Liquid Phase Dehydration of 2-Cyclohexen-1-ol in Aqueous Solution using Zeolite Catalyst. Nippon Kagaku Kaishi. 4, 267-275 (1997).
- Ishida, H. Liquid-phase hydration process of cyclohexene with zeolites. Catalysis Surveys from Japan. , 241-246 (1997).
- Ushikubo, T., Iizuka, T., Hattori, H., Tanabe, K. Preparation of highly acidic hydrated niobium oxide. Catalysis Today. 16, 291-295 (1993).
- Nakajima, K., et al. Nb2O5.nH2O as a heterogeneous catalyst with water-tolerant Lewis acid sites. Journal of the American Chemical Society. 133 (12), 4224-4227 (2011).
- Lam, E., Luong, J. H. T. Carbon Materials as Catalyst Supports and Catalysts in the Transformation of Biomass to Fuels and Chemicals. ACS Catalysis. 4 (10), 3393-3410 (2014).
- Sudarsanam, P., et al. Functionalised heterogeneous catalysts for sustainable biomass valorisation. Chemical Soceity Review. 47 (22), 8349-8402 (2018).
- Hara, M., et al. A carbon material as a strong protonic acid. Angewandte Chemie International Edition English. 43 (22), 2955-2958 (2004).
- Toda, M., et al. Biodiesel made with sugar catalyst. Nature. 438 (7065), (2005).
- Ji, J., et al. Sulfonated graphene as water-tolerant solid acid catalyst. Chemical Science. 2 (3), 484-487 (2011).
- Wang, Y., et al. Graphene-Based Metal/Acid Bifunctional Catalyst for the Conversion of Levulinic Acid to γ-Valerolactone. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 5 (2), 1538-1548 (2016).
- Ma, Q., et al. Catalytic depolymerization of lignin for liquefied fuel at mild condition by rare earth metals loading on CNT. Fuel Processing Technology. , 220-225 (2017).
- Rahzani, B., Saidi, M., Rahimpour, H. R., Gates, B. C., Rahimpour, M. R. Experimental investigation of upgrading of lignin-derived bio-oil component anisole catalyzed by carbon nanotube-supported molybdenum. RSC Advances. 7 (17), 10545-10556 (2017).
- Guo, Y., Chen, J. Bicomponent Assembly of VO2and Polyaniline-Functionalized Carbon Nanotubes for the Selective Oxidation of Biomass-Based 5-Hydroxymethylfurfural to 2,5-Diformylfuran. ChemPlusChem. 80 (12), 1760-1768 (2015).
- He, J., et al. Characterization of HNbMoO6, HNbWO6 and HTiNbO5 as solid acids and their catalytic properties for esterification reaction. Applied Catalysis A: General. , 145-152 (2012).
- Tagusagawa, C., Takagaki, A., Hayashi, S., Domen, K. Characterization of HNbWO6 and HTaWO6 Metal Oxide Nanosheet Aggregates As Solid Acid Catalysts. Journal of Physical Chemistry C. 113, 7831-7837 (2009).
- Niwa, M., Katada, N., Sawa, M., Murakami, Y. Temperature-Programmed Desorption of Ammonia with Readsorption Based on the Derived Theoretical Equation. Journal of Physical Chemistry. 99, 8812-8816 (1995).
- Leiva, K., et al. Conversion of guaiacol over supported ReOx catalysts: Support and metal loading effect. Catalysis Today. , 228-238 (2017).
- Deng, W., Liu, M., Tan, X., Zhang, Q., Wang, Y. Conversion of cellobiose into sorbitol in neutral water medium over carbon nanotube-supported ruthenium catalysts. Journal of Catalysis. 271 (1), 22-32 (2010).
- Huang, B., Huang, R., Jin, D., Ye, D. Low temperature SCR of NO with NH3 over carbon nanotubes supported vanadium oxides. Catalysis Today. 126 (3-4), 279-283 (2007).
- Takagaki, A., Tagusagawa, C., Hayashi, S., Hara, M., Domen, K. Nanosheets as highly active solid acid catalysts for green chemical syntheses. Energy & Environmental Science. 3 (1), 82-93 (2010).
- Hu, L. -. F., et al. Structure and photocatalytic performance of layered HNbWO6nanosheet aggregation. Journal of Nanophotonics. 9 (1), (2015).
- Geim, A. K. Graphene: Status and Prospects. Science. 324, 1530-1534 (2009).
- Golberg, D., et al. Boron Nitride Nanotubes and Nanosheets. ACS Nano. 4 (6), 2979-2993 (2010).
- Wilson, J. A., Yoffe, A. D. The transition metal dichalcogenides discussion and interpretation of the observed optical, electrical and structural properties. Advances in Physics. 18 (73), 193-335 (1969).
- Ma, R., Sasaki, T. Nanosheets of oxides and hydroxides: Ultimate 2D charge-bearing functional crystallites. Advanced Materials. 22 (45), 5082-5104 (2010).
- Pope, T. R., Lassig, M. N., Neher, G., Weimar Iii, R. D., Salguero, T. T. Chromism of Bi2WO6 in single crystal and nanosheet forms. Journal of Materials Chemistry C. 2 (17), 3223-3230 (2014).
- Yu, Y., et al. Controlled scalable synthesis of uniform, high-quality monolayer and few-layer MoS2 films. Scientific Reports. 3, 1866 (2013).
- Prasomsri, T., Shetty, M., Murugappan, K., Román-Leshkov, Y. Insights into the catalytic activity and surface modification of MoO3 during the hydrodeoxygenation of lignin-derived model compounds into aromatic hydrocarbons under low hydrogen pressures. Energy & Environmental Science. 7 (8), 2660-2669 (2014).
