Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ каталізаторі
На сьогодні гідрогеноліз поновлювальних С₆ карбогідратів розглядають як альтернативний спосіб одержання С₂₋₃ поліолів. Досліджено гідрогеноліз 10%-го розчину глюкози у 60%-му метанолі на нанесеному Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ каталізаторі в проточному режимі за температури 180 °С під тиском 4,0 МПа Н₂ за цільово...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2025
|
| Schriftenreihe: | Доповіді НАН України |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/206492 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ каталізаторі / І.С. Горбанюк, В.В. Трачевський, В.В. Брей // Доповіді Національної академії наук України. — 2025. — № 2. — С. 73-79. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-206492 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-2064922025-09-15T00:04:23Z Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ каталізаторі Hydrogenolysis of glucose in propylene glycol on Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ catalyst Горбанюк, І.С. Трачевський, В.В. Брей, В.В. Хімія На сьогодні гідрогеноліз поновлювальних С₆ карбогідратів розглядають як альтернативний спосіб одержання С₂₋₃ поліолів. Досліджено гідрогеноліз 10%-го розчину глюкози у 60%-му метанолі на нанесеному Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ каталізаторі в проточному режимі за температури 180 °С під тиском 4,0 МПа Н₂ за цільовою реакцією С₆Н₁₂О₆ + 4Н₂ = 2С₃Н₈О₂ + 2Н₂О. Показано, що застосування метанольного розчину глюкози дає можливість вдвічі підвищити продуктивність каталізатора за пропіленгліколем — до 1,6 ммоль/(гкат ・ год), порівняно з показником, отриманим у досліді з 10%-м водним розчином глюкози. Це пов’язано з більшою на два порядки розчинністю водню в метанолі, ніж у воді. Також використання глюкозо-метанол-водного розчину дає змогу значно збільшити час стабільної роботи каталізатора — до принаймні 20 год проти 8 год для водних розчинів. Розроблено двостадійний спосіб регенерації відпрацьованого каталізатора шляхом його промивання 60%-м метанолом за температури 120 °С з подальшим відновленням за температури 200 °С. Currently, hydrogenolysis of renewable C6 carbohydrates is considered as an alternative method for obtaining С₂₋₃ polyols. The hydrogenolysis of a 10 % glucose solution in 60 % methanol on supported Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ catalyst in a flow reactor was studied at 180 °C, 4.0 MPa Н₂ according to the target reaction С₆Н₁₂О₆ + 4Н₂ = 2С₃Н₈О₂ + 2Н₂О. It was determined that the use of glucose-methanol solution doubles the propylene glycol productivity to 1.6 mmol/(gcat · h) compared to 10 % aqueous solution of glucose due to two orders of magnitude higher solubility of hydrogen in methanol than in water. Also, the use of glucose-methanol-water solution allows to significantly increase the time of stable operation of the catalyst to at least 20 h compared to 8 h for aqueous solution. A two-step procedure for regeneration of the deactivated catalyst by washing it with 60 % methanol at 120 °C followed by H₂ treatment at 200 °C has been developed. 2025 Article Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ каталізаторі / І.С. Горбанюк, В.В. Трачевський, В.В. Брей // Доповіді Національної академії наук України. — 2025. — № 2. — С. 73-79. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/206492 544.4 https://doi.org/10.15407/dopovidi2025.02.073 uk Доповіді НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Хімія Хімія |
| spellingShingle |
Хімія Хімія Горбанюк, І.С. Трачевський, В.В. Брей, В.В. Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ каталізаторі Доповіді НАН України |
| description |
На сьогодні гідрогеноліз поновлювальних С₆ карбогідратів розглядають як альтернативний спосіб одержання С₂₋₃ поліолів. Досліджено гідрогеноліз 10%-го розчину глюкози у 60%-му метанолі на нанесеному Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ каталізаторі в проточному режимі за температури 180 °С під тиском 4,0 МПа Н₂ за цільовою реакцією С₆Н₁₂О₆ + 4Н₂ = 2С₃Н₈О₂ + 2Н₂О. Показано, що застосування метанольного розчину глюкози дає можливість вдвічі підвищити продуктивність каталізатора за пропіленгліколем — до 1,6 ммоль/(гкат ・ год), порівняно з показником, отриманим у досліді з 10%-м водним розчином глюкози. Це пов’язано з більшою на два порядки розчинністю водню в метанолі, ніж у воді. Також використання глюкозо-метанол-водного розчину дає змогу значно збільшити час стабільної роботи каталізатора — до принаймні 20 год проти 8 год для водних розчинів. Розроблено двостадійний спосіб регенерації відпрацьованого каталізатора шляхом його промивання 60%-м метанолом за температури 120 °С з подальшим відновленням за температури 200 °С. |
| format |
Article |
| author |
Горбанюк, І.С. Трачевський, В.В. Брей, В.В. |
| author_facet |
Горбанюк, І.С. Трачевський, В.В. Брей, В.В. |
| author_sort |
Горбанюк, І.С. |
| title |
Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ каталізаторі |
| title_short |
Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ каталізаторі |
| title_full |
Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ каталізаторі |
| title_fullStr |
Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ каталізаторі |
| title_full_unstemmed |
Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ каталізаторі |
| title_sort |
гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на cu-cr₂o₃/al₂o₃ каталізаторі |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2025 |
| topic_facet |
Хімія |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/206492 |
| citation_txt |
Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr₂O₃/Al₂O₃ каталізаторі / І.С. Горбанюк, В.В. Трачевський, В.В. Брей // Доповіді Національної академії наук України. — 2025. — № 2. — С. 73-79. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT gorbanûkís gídrogenolízglûkozidopropílenglíkolûnacucr2o3al2o3katalízatorí AT tračevsʹkijvv gídrogenolízglûkozidopropílenglíkolûnacucr2o3al2o3katalízatorí AT brejvv gídrogenolízglûkozidopropílenglíkolûnacucr2o3al2o3katalízatorí AT gorbanûkís hydrogenolysisofglucoseinpropyleneglycoloncucr2o3al2o3catalyst AT tračevsʹkijvv hydrogenolysisofglucoseinpropyleneglycoloncucr2o3al2o3catalyst AT brejvv hydrogenolysisofglucoseinpropyleneglycoloncucr2o3al2o3catalyst |
| first_indexed |
2025-11-27T01:54:45Z |
| last_indexed |
2025-11-27T01:54:45Z |
| _version_ |
1849906680069881856 |
| fulltext |
73
ОПОВІДІ
НАЦІОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМІЇ НАУК
УКРАЇНИ
ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 2: 73—79
Ц и т у в а н н я: Горбанюк І.С., Трачевський В.В., Брей В.В. Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr2O3/
Al2O3 каталізаторі. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 2. С. 73—79. https://doi.org/10.15407/dopovidi2025.02.073
© Видавець ВД «Академперіодика» НАН України, 2025. Стаття опублікована за умовами відкритого доступу за
ліцензією CC BY-NC-ND (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)
ХІМІЯ
CHEMISTRY
https://doi.org/10.15407/dopovidi2025.02.073
УДК 544.4
І.С. Горбанюк1, https://orcid.org/0009-0007-9823-9608
В.В. Трачевський2, https://orcid.org/0000-0003-0590-5223
В.В. Брей1, https://orcid.org/0000-0002-9860-750X
1 Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, Київ, Україна
2 Технічний центр НАН України, Київ, Україна
E-mail: ivanh23@ukr.net
Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю
на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі
Представлена членом-кореспондентом НАН України В.О. Зажигаловим
На сьогодні гідрогеноліз поновлювальних С6 карбогідратів розглядають як альтернативний спосіб одер-
жання С2-3 поліолів. Досліджено гідрогеноліз 10%-го розчину глюкози у 60%-му метанолі на нанесеному
Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі в проточному режимі за температури 180 °С під тиском 4,0 МПа Н2 за
цільовою реакцією С6Н12О6 + 4Н2 = 2С3Н8О2 + 2Н2О. Показано, що застосування метанольного розчи-
ну глюкози дає можливість вдвічі підвищити продуктивність каталізатора за пропіленгліколем — до
1,6 ммоль/(гкат · год), порівняно з показником, отриманим у досліді з 10%-м водним розчином глюкози.
Це пов’язано з більшою на два порядки розчинністю водню в метанолі, ніж у воді. Також використання
глюкозо-метанол-водного розчину дає змогу значно збільшити час стабільної роботи каталізатора — до
принаймні 20 год проти 8 год для водних розчинів. Розроблено двостадійний спосіб регенерації відпрацьо-
ваного каталізатора шляхом його промивання 60%-м метанолом за температури 120 °С з подальшим
відновленням за температури 200 °С.
Ключові слова: пропіленгліколь, глюкоза, гідрогеноліз, Cu-вмісні каталізатори, регенерація каталізаторів
Вступ. Пропіленгліколь, світове виробництво якого сягає 2 млн т/рік, знаходить засто-
сування у виробництві поліефірів, антифризів, поверхнево-активних речовин тощо [1].
Також пропіленгліколь завдяки його нетоксичності застосовують у косметичній та хар-
човій (добавка Е1520) промисловостях [2]. Традиційно пропіленгліколь одержують через
гідратацію оксиду пропілену [2], але в 2011 р. фірма “Oleon” відкрила в Ертвелді (Бельгія)
перший у світі завод з виробництва пропіленгліколю з гліцерину потужністю 20 000 т/рік
за ліцензією фірми “BASF”. 2012 р. у Бельгії фірма “BASF” запустила виробництво пропі-
74 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No 2
І.С. Горбанюк, В.В. Трачевський, В.В. Брей
ленгліколю через гідрування доступного гліцерину як копродукту виробництва біодизеля
(https://www.pcne.eu/article/basf-and-oleon-celebrate-grand-opening/).
В останні десять років активно проводяться дослідження з каталітичного гідрогенолізу
поновлювальних С6 карбогідратів, насамперед глюкози, до пропіленгліколю [3—8]. У цих
дослідженнях, як правило, застосовували розбавлені до 10 мас. % водні розчини глюкози,
а гідрогеноліз здійснювали переважно на мідевмісних каталізаторах у стаціонарних умовах
з використанням автоклавів за температури 160—200 °С під тиском водню до 50 МПа. Так,
автори робіт [4, 5] використовували співосаджений Cu-La2O2CO3/Al2O3 каталізатор для
гідрогенолізу 0,3%-го водного розчину глюкози в стаціонарному режимі за температури
200 °С і тиску водню 3,4 МПа протягом 3 год, селективність пропіленгліколю сягала 32 %
за повної конверсії глюкози.
У роботах [6, 8] наведено результати досліджень гідрогенолізу глюкози із застосу-
ванням проточного реактора зі стаціонарним шаром каталізатора, що є більш практично
придатним. Автори роботи [6] застосували нанесений Cu-B2О3/Al2O3 каталізатор для гід-
рогенолізу 5 %-го водного розчину глюкози за умов 180 °С/4,0 МПа Н2. При цьому було
досягнуто селективність за пропіленгліколем у 45 %, однак за досить незначного наван-
таження на каталізатор у 0,1 ммоль С6Н12О6/(гкат · год). Нами [8] проведено гідрогеноліз
10%-го водного розчину глюкози також у проточному режимі за умов 180 °С/4,0 МПа Н2
на нанесеному Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі. При цьому продуктивність за пропіленгліко-
лем становила 0,9 ммоль/(гкат · год). Проте каталізатор досить швидко, після 8 год роботи,
втрачав активність.
Мета цього дослідження полягала в збільшенні часу стабільної роботи каталізатора.
Для цього як реакційну суміш використовували 10%-й розчин глюкози у 60%-му метанолі.
Експериментальна частина. Харчову глюкозу (“Остхім”, Україна) використовували
для приготування вихідної реакційної суміші у масовому співвідношенні глюкоза : мета-
нол : вода 1 : 5,5 : 3,5. Також в експериментах було використано 10%-й водний розчин
глюкози. Концентрація глюкози в застосованих розчинах становила 0,55 ммоль/мл. В екс-
периментах тестували той самий зразок CuO-Cr2O3/Al2O3 каталізатора, що і в нашому по-
передньому дослідженні [8].
Каталітичний експеримент проводили за методикою, описаною в [8]. У реактор діа-
метром 10 мм з внутрішньою термопарою завантажували 4 см3 (2,4 г) каталізатора, віднов-
лювали його в потоці водню [8], температуру знижували до 180 °С, встановлювали потік
водню у 50 см3/хв під тиском у 4,0 МПа і подавали реакційну суміш з об’ємною швид-
кістю LHSV = 1,9÷3 год–1, що відповідало навантаженню на каталізатор L = 1,6÷2,5 ммоль
С6Н12О6/(гкат · год). Проби на аналіз по 2—3 мл відбирали кожні 30 хв експерименту.
Продуктові суміші аналізували за допомогою газової хроматографії (“Agilent 7820A”,
США) та 13С ЯМР-спектроскопії (“Bruker Avance 400”, Німеччина). Калібрування площ
відповідних сигналів у 13С ЯМР-спектрах здійснювали з використанням водно-метаноль-
них розчинів пропіленгліколю (0,1—0,4 ммоль/мл), етиленгліколю (0,1—0,3 ммоль/мл) та
гідроксіацетону (0,1—0,3 ммоль/мл). Продуктивність каталізатора за пропіленгліколем
(ммоль/(гкат · год)) визначали за формулою Y = CПГLHSV/ρ, де СПГ — концентрація пропі-
ленгліколю в продукті, ммоль/мл; ρ = 0,6 г/мл — насипна густина каталізатора.
Результати дослідження та їх обговорення. Основним продуктом досліджуваного
гідрогенолізу глюкози за реакцією С6Н12О6 + 4Н2 = 2С3Н8О2 + 2Н2О є пропіленгліколь,
75ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 2
Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі
який реєструється на хроматограмах та в 13С ЯМР-спектрах продукту реакції (рис. 1). При
цьому в ЯМР-спектрі не спостерігаються сигнали глюкози, що свідчить про її повну кон-
версію (див. рис. 1). Як побічні продукти ідентифіковано: етиленгліколь, гідроксіацетон,
1,2-бутандіол, еритрол, сорбіт (див. рис. 1).
Результати з визначення вмісту пропіленгліколю, етиленгліколю та гідроксіацетону
в продуктових сумішах за різних навантажень на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізатор наведено у
таблиці. Так, у експерименті з використанням водно-метанольного розчину глюкози з на-
вантаженням у 1,6 ммоль С6Н12О6/(гкат · год) концентрація пропіленгліколю підвищува-
лася до 0,39 ммоль/мл проти 0,31 ммоль/мл у разі застосування 10%-го водного розчину
глюкози (див. таблицю). Наведені концентрації пропіленглікою значно перевищують зна-
чення 0,16 ммоль/мл, одержане авторами роботи [7] під час гідрогенолізу 5%-го водного
розчину глюкози в автоклаві на каталітичній суміші Ru/C з ZnO за умов 165 °С/2,0 МПа Н2.
Збільшення навантаження до 2,0 ммоль С6Н12О6/(гкат · год) в експерименті з метанольним
розчином зумовило підвищення концентрації пропіленгліколю до 0,40 ммоль/мл, а в разі
використання водного розчину — її зменшення до 0,28 ммоль/мл (див. таблицю). Однак
збільшення навантаження до 2,5 ммоль/(гкат · год) спричинило зниження вмісту пропі-
ленгліколю до 0,36 ммоль/мл і підвищення концентрації небажаного гідроксіацетону до
0,03 ммоль/мл (див. таблицю). Гідроксіацетон, який ускладнює виділення пропіленгліко-
лю з продуктової суміші, є проміжним продуктом гідрогенолізу, що відбувається за добре
відомою схемою: глюкоза → С3-С4 альдольна деконденсація + Н2 → гідроксіацетон + Н2 →
ppm8084 76
ЕР
БДО
ЕГ
МеОН
СБ
ПГ
ПГ
73 68 64 60 56 52 48 44 40 36 32 28 24 20 16 12
Рис. 1. 13С ЯМР-спектр продукту, одержаного на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі (180 °С, 4,0 МПа H2,
1,6 ммоль С6Н12О6/(гкат · год), 10%-й розчин глюкози в 60%-му метанолі). МеОН — метанол; ПГ — пропі-
ленгліколь; ЕГ — етиленгліколь; ЕР — еритрол; СБ — сорбіт; БДО — бутандіол
76 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No 2
І.С. Горбанюк, В.В. Трачевський, В.В. Брей
Вміст пропіленгліколю, етиленгліколю та гідроксіацетону
в продуктах гідрогенолізу за різного навантаження на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізатор
(180 °С, 4,0 МПа Н2, 10%-й розчин глюкози в 60%-му метанолі)
Навантаження
на каталізатор,
ммоль/(гкат · год)
Концентрація продуктів, ммоль/мл*
Пропіленгліколь Етиленгліколь Гідроксіацетон
1,6 0,39 0,06 0,00
1,6** 0,31 0,09 0,04
2,0 0,40 0,06 0,01
2,0** 0,28 0,08 0,03
2,5 0,36 0,07 0,03
* 100%-на конверсія глюкози.
** 10%-й водний розчин глюкози.
Ко
нц
ен
тр
ац
ія
, м
мо
ль
C
2H
6O
2/м
л
0,5
0,4
1
2
0,3
0,2
0,1
201510
Час, год
50
0,5
Рис. 2. Зміни концентрації пропіленгліколю в продукті залежно від часу
гідрогенолізу на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі: 1 — 10%-й розчин глюкози в
60%-му метанолі; 2 — 10%-й водний розчин глюкози (180 °С, 4,0 МПа Н2,
L = 1,6 ммоль С6Н12О6/(гкат · год))
77ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 2
Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі
пропіленгліколь. Тому під час використання глюкозо-метанольної суміші оптимальним
навантаженням слід вважати 2,0 ммоль С6Н12О6/(гкат · год). При цьому каталізатор забез-
печує продуктивність за пропіленгліколем у 1,6 ммоль/(гкат · год), що приблизно на 60 %
більше, ніж у разі застосування водного розчину глюкози (див. таблицю).
Стабільність роботи каталізатора досліджували, як і в роботі [8], за навантаження
1,6 ммоль С6Н12О6/(гкат · год), температури 180 °С та тиску водню 4,0 МПа. На метаноль-
ному розчині глюкози каталізатор пропрацював 20 год без зниження концентрації про-
піленгліколю в продуктовій суміші (рис. 2). Продукт при цьому залишався безбарвним і
нейтральним з рН 6—7. Однак у разі гідрогенолізу водного розчину глюкози час стабільної
роботи каталізатора становив лише 8 год (див. рис. 2), при цьому забарвлення продук-
ту впродовж експерименту змінювалося з безбарвного до темно-бурого з різким запахом
гідроксіацетону. Подовження часу стабільної роботи каталізатора, як і збільшення вмісту
пропіленгліколю, можна пояснити значно кращою розчинністю водню в спиртах порів-
няно з водою. Наприклад, за умов 25 °С/2,0 МПа розчинність водню в метанолі становить
102 мл/100 г, а у воді — 17 мл/100 г [9]. Це сприяє процесу рідкофазового гідрування аце-
толу до пропіленгліколю. Також метанол, як показує експеримент (див. рис. 2), здатний
видаляти небажані олігомерні сполуки з активних центрів каталізатора [8].
Зазвичай застосування каталізаторів у промисловості потребує визначення умов їх ре-
генерації. Оскільки після 20 год експлуатації не спостерігалося ознак дезактивації каталі-
затора, вихідний розчин замінили на 15%-й водно-метанольний розчин глюкози, що дало
можливість підвищити навантаження на каталізатор до 3,8 ммоль С6Н12О6/(гкат · год). При
цьому істотно знизилась концентрація пропіленгліколю і підвищився вміст гідроксіацето-
ну в продуктах реакції. Отже, відпрацьований Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізатор на першій стадії
регенерації був промитий 60 %-м метанолом за умов 120 °С/1,4 МПа Н2 з об’ємною швид-
кістю подачі 3,0 год–1 протягом 3 год. Наступною стадією було відновлення каталізатора
воднем за умов 200 °С/0,4 МПа протягом 1 год. У результаті регенерований каталізатор
відновив свою продуктивність за пропіленгліколем на рівні 1,6—1,7 ммоль/(гкат · год) за
умов 180 °С/4,0 МПа Н2.
Висновок. Показано, що застосування 10%-го розчину глюкози в 60%-му метано-
лі в реакції її гідрогенолізу до С2–3 поліолів дає змогу значно підвищити продуктивність
Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізатора за пропіленгліколем до 1,6 ммоль/(гкат · год) за умов
180 °С/4,0 МПа Н2 і навантаження на каталізатор у 2,0 ммоль С6Н12О6/(гкат · год), а також
подовжити час стабільної роботи каталізатора до 20 год проти 8 год у разі використання
10%-го водного розчину глюкози. Запропоновано придатний для практики двостадійний
метод регенерації каталізатора.
78 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2025. No 2
І.С. Горбанюк, В.В. Трачевський, В.В. Брей
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Okolie J.A. Insights on production mechanism and industrial applications of renewable propylene glycol.
iScience. 2022. 25, Iss. 9. 104903. https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104903
2. Kirk—Othmer. Encyclopedia of chemical technology. 4th ed. Vol. 12. New York: Wiley, 1980. 555 p.
3. Baniamerian H., Høj M., Beier M. J., Jensen A.D. Catalytic conversion of sugars and polysaccharides to glycols:
A review. Appl. Catal. B: Environ. 2023. 330. 122650. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122650
4. Yazdani P., Wang B., Du Y., Kawi S., Borgna A. Lanthanum oxycarbonate modified Cu/Al2O3 catalysts for
selective hydrogenolysis of glucose to propylene glycol: base site requirements. Catal. Sci. Technol. 2017. 7.
P. 4680—4690. https://doi.org/10.1039/C7CY01571B
5. Yazdani P., Wang B., Rimaz S., Kawi S., Borgna A. Glucose hydrogenolysis over Cu-La2O3/Al2O3: Mechanistic
insights. Mol. Catal. 2019. 466. P. 138—145. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2018.12.016
6. Liu C., Shang Y., Wang S., Liu X., Wang X., Gui J., Zhang C., Zhu Y., Li Y. Boron oxide modified bifunctional Cu/
Al2O3 catalysts for the selective hydrogenolysis of glucose to 1,2-propanediol. Mol. Catal. 2020. 485. 10514.
https://doi.org/10.1016/j.mcat.2019.110514
7. Aho A., Engblom S., Eränen K., Russo V., Mäki-Arvela P., Kumar N., Wärnå J., Salmi T., Murzin D.Yu. Glucose
transformations over a mechanical mixture of ZnO and Ru/C catalysts: Product distribution, thermodynamics
and kinetics. Chem. Eng. J. 2021. 405. 126945. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126945
8. Горбанюк І.С., Трачевський В.В., Брей В.В. Гідрогеноліз глюкози у водних розчинах до пропіленгліколю
на мідьвмісних каталізаторах. Теорет. та експерим. хімія. 2024. 60, № 3. С. 179—183.
9. Solubility data series. Vol. 5/6. Hydrogen and deuterium: Young C.L. (Ed.). Oxford: Pergamon Press Ltd., 1981.
663 p.
Надійшла до редакції 17.02.2025
REFERENCES
1. Okolie, J. A. (2022). Insights on production mechanism and industrial applications of renewable propylene
glycol. iScience, 25, Iss. 9, 104903. https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104903
2. Kirk—Othmer (1980). Encyclopedia of chemical technology. 4th ed. Vol. 12. New York: Wiley.
3. Baniamerian, H., Høj, M., Beier, M. J. & Jensen, A. D. (2023). Catalytic conversion of sugars and polysaccharides
to glycols: A review. Appl. Catal. B: Environ., 330, 122650. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122650
4. Yazdani, P., Wang, B., Du, Y., Kawi, S. & Borgna, A. (2017). Lanthanum oxycarbonate modified Cu/Al2O3 catalysts
for selective hydrogenolysis of glucose to propylene glycol: base site requirements. Catal. Sci. Technol., 7,
pp. 4680-4690. https://doi.org/10.1039/C7CY01571B
5. Yazdani, P., Wang, B., Rimaz, S., Kawi, S. & Borgna, A. (2019). Glucose hydrogenolysis over Cu-La2O3/Al2O3:
Mechanistic insights. Mol. Catal., 466, pp. 138-145. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2018.12.016.
6. Liu, C., Shang, Y., Wang, S., Liu, X., Wang, X., Gui, J., Zhang, C., Zhu, Y. & Li, Y. (2020). Boron oxide modified
bifunctional Cu/Al2O3 catalysts for the selective hydrogenolysis of glucose to 1,2-propanediol. Mol. Catal., 485,
10514. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2019.110514
7. Aho, A., Engblom, S., Eränen, K., Russo, V., Mäki-Arvela, P., Kumar, N., Wärnå, J., Salmi, T. & Murzin, D. Yu.
(2021). Glucose transformations over a mechanical mixture of ZnO and Ru/C catalysts: Product distribution,
thermodynamics and kinetics. Chem. Eng. J., 405, 126945. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126945
8. Horbaniuk, I. S., Trachevkuy, V. V. & Brei, V. V. (2024). Hydrogenolysis of glucose in aqueous solution into
propylene glycol on copper-containing catalysts. Theor. Exp. Chem., 60 No. 3, pp. 202-207. https://doi.
org/10.1007/s11237-025-09822-2
9. Young, C. L. (Ed.). (1981). Solubility data series. Vol. 5/6. Hydrogen and deuterium. Oxford: Pergamon Press Ltd.
Received 17.02.2025
79ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2025. № 2
Гідрогеноліз глюкози до пропіленгліколю на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі
I.S. Horbaniuk1, https://orcid.org/0009-0007-9823-9608
V.V. Trachevkiy2, https://orcid.org/0000-0003-0590-5223
V.V. Brei1, https://orcid.org/0000-0002-9860-750X
1 Intitute for Sorption and Problems of Endoecology of the NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine
2 Technical Center of the NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine
E-mail: ivanh23@ukr.net
HYDROGENOLYSIS OF GLUCOSE IN PROPYLENE GLYCOL ON Cu-Cr2O3/Al2O3 CATALYST
Currently, hydrogenolysis of renewable C6 carbohydrates is considered as an alternative method for obtaining C2-3
polyols. The hydrogenolysis of a 10 % glucose solution in 60 % methanol on supported Cu-Cr2O3/Al2O3 catalyst in
a flow reactor was studied at 180 °C, 4.0 MPa H2 according to the target reaction C6H12O6 + 4H2 = 2C3H8O2 + 2H2O.
It was determined that the use of glucose-methanol solution doubles the propylene glycol productivity to
1.6 mmol/(gcat · h) compared to 10 % aqueous solution of glucose due to two orders of magnitude higher solubility
of hydrogen in methanol than in water. Also, the use of glucose-methanol-water solution allows to significantly
increase the time of stable operation of the catalyst to at least 20 h compared to 8 h for aqueous solution. A two-step
procedure for regeneration of the deactivated catalyst by washing it with 60 % methanol at 120 °C followed by H2
treatment at 200 °C has been developed.
Keywords: propylene glycol, glucose, hydrogenolysis, Cu-containing catalysts, catalyst regeneration.
|