Кислотно-основні нанокаталізатори гідролізу компонентів біомаси у водному середовищі
Синтезовано кислотно-основні нанокаталізатори на основі фосфорно-вольфрамової та фосфорно-молібденової гетерополікислот з привитими α-амінокислотами для процесу кислотного гідролізу біомаси у водному середовищі. Вивчено їх фізико-хімічні, структурноадсорбційні характеристики та каталітичні властивос...
Збережено в:
| Дата: | 2018 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/56 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Catalysis and petrochemistry |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Catalysis and petrochemistry| _version_ | 1872009016236834816 |
|---|---|
| author | Molodyy, D.V. Melnichuk, O.V. Povazhnyi, V.А. |
| author_facet | Molodyy, D.V. Melnichuk, O.V. Povazhnyi, V.А. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "D.V. Molodyy",
"institution": "Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П. Кухаря НАН України, Україна, 02094 Київ, вул. Мурманська, 1"
},
{
"author": "O.V. Melnichuk",
"institution": "Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П. Кухаря НАН України, Україна, 02094 Київ, вул. Мурманська, 1"
},
{
"author": "V.А. Povazhnyi",
"institution": "Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П. Кухаря НАН України, Україна, 02094 Київ, вул. Мурманська, 1"
}
] |
| author_sort | Molodyy, D.V. |
| baseUrl_str | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2021-11-28T08:54:23Z |
| description | Синтезовано кислотно-основні нанокаталізатори на основі фосфорно-вольфрамової та фосфорно-молібденової гетерополікислот з привитими α-амінокислотами для процесу кислотного гідролізу біомаси у водному середовищі. Вивчено їх фізико-хімічні, структурноадсорбційні характеристики та каталітичні властивості при гідролізі компонентів біомаси в гідротермальних умовах. Методами ІЧ-спектроскопії встановлено наявність гетерополікислот та амінокислот в структурі новостворених гібридних матеріалів. Методом рентгенофлуоресцентного енергодисперсійного аналізу підтверджено наявність гетерополікислот в структурі отриманих кислотно-основних нанокаталізаторів. Визначено структурноадсорбційні характеристики синтезованих каталізаторів за допомогою адсорбції парів азоту при температурі рідкого азоту. Питома поверхня зразків на основі фосфорно-вольфрамової кислоти була в межах 600 м2/г, а для зразків з фосфорно-молібденовою гетерополікислотою – 200 м2/г. Ізотерми адсорбції–десорбції азоту синтезованих зразків відповідають матеріалам з мезопоруватою структурою з порами розміром 5–6 нм. Синтезовані кислотно-основні нанокаталізатори протестовані на прикладі гідролізу фруктози. Показано, що прививка α-амінокислот до гетерополікислотних каталізаторів впливає на вихід цільового продукту – 5-гідроксиметилфурфуролу. Його найкращий вихід (28,3 %) було отримано для каталізатора H3PW12O40/лізин. Крім того, при використанні каталізаторів з фосфорно-молібденовою гетерополікислотою з’являється велика кількість побічних продуктів реакції. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:50:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
54
УДК 544.576 © 2018
Кислотно-основні нанокаталізатори
гідролізу компонентів біомаси у водному середовищі
Д.В. Молодий, О.В. Мельничук, В.А. Поважний
Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П. Кухаря НАН України,
Україна, 02094 Київ, вул. Мурманська, 1, тел. 558-53-88
Синтезовано кислотно-основні нанокаталізатори на основі фосфорно-вольфрамової та фо-
сфорно-молібденової гетерополікислот з привитими α-амінокислотами для процесу кисло-
тного гідролізу біомаси у водному середовищі. Вивчено їх фізико-хімічні, структурно-
адсорбційні характеристики та каталітичні властивості при гідролізі компонентів біомаси в
гідротермальних умовах. Методами ІЧ-спектроскопії встановлено наявність гетерополікис-
лот та амінокислот в структурі новостворених гібридних матеріалів. Методом рентгено-
флуоресцентного енергодисперсійного аналізу підтверджено наявність гетерополікислот в
структурі отриманих кислотно-основних нанокаталізаторів. Визначено структурно-
адсорбційні характеристики синтезованих каталізаторів за допомогою адсорбції парів азоту
при температурі рідкого азоту. Питома поверхня зразків на основі фосфорно-вольфрамової
кислоти була в межах 600 м2/г, а для зразків з фосфорно-молібденовою гетерополікислотою
– 200 м2/г. Ізотерми адсорбції–десорбції азоту синтезованих зразків відповідають матеріа-
лам з мезопоруватою структурою з порами розміром 5–6 нм. Синтезовані кислотно-основні
нанокаталізатори протестовані на прикладі гідролізу фруктози. Показано, що прививка
α-амінокислот до гетерополікислотних каталізаторів впливає на вихід цільового продукту –
5-гідроксиметилфурфуролу. Його найкращий вихід (28,3 %) було отримано для каталізато-
ра H3PW12O40/лізин. Крім того, при використанні каталізаторів з фосфорно-молібденовою
гетерополікислотою з’являється велика кількість побічних продуктів реакції.
Ключові слова: гетерополікислоти, структури Кеггіна, золь–гель синтез, нанокаталізатор,
амінокислота, біомаса
Вступ
В сучасній хімічній промисловості до половини
важливих процесів реалізується за технологіями, які є
незмінними вже півстоліття. В якості каталізаторів в
багатьох процесах широко використовуються мінера-
льні кислоти [1]. Головними недоліками їх викорис-
тання є корозія обладнання і складність утилізації від-
працьованих каталізаторів, що негативно впливає на
екологію виробництв [2]. Перехід до гетерогенних ка-
талізаторів є найефективнішим шляхом розв’язання
цієї проблеми. Проте ще не знайдено ефективних гете-
рогенних каталізаторів з високою селективністю за
м’яких умов перебігу процесів конверсії біомаси.
Перспективним напрямком “зеленої хімії” є вико-
ристання твердих кислот Бренстеда в якості каталіза-
торів, зокрема, для кислотного гідролізу цукрів до по-
хідних фурану [3], целюлози до молочної кислоти [4]
та глюкози [5]. В роботі [6] з успіхом була використана
тверда кислота Бренстеда, яка була введена в структу-
ру мезопоруватого силікагелю золь–гель методом.
Останнім часом для реалізації економічно вигідних
одностадійних процесів переробки компонентів біома-
си стали використовувати біфункціональні кислотно-
основні нанокаталізатори на основі гетерополікислот
(ГПК) [7]. Присутність в гетерогенному каталізаторі як
сильних кислотних, так і основних центрів, дозволяє
одночасне проведення реакцій гідролізу, ізомеризації,
дегідратації та навіть етерифікації, що суттєво підви-
щує ефективність проведення переробки біомаси [8].
Зазвичай біфункціональні кислотно-основні каталіза-
тори для переробки продуктів біомаси синтезують на
основі ГПК та амінокислот [9]. Не дивлячись на те, що
прямими методами титрування практично неможливо
оцінити силу і визначити вміст кислотних та основних
центрів в біфункціональних гетерогенних каталізато-
рах через реакції нейтралізації, їх висока ефективність
в одностадійних процесах переробки продуктів біома-
си не викликає сумнівів.
Метою роботи є синтез і дослідження характерис-
тик гетерогенних кислотно-основних нанокаталізато-
рів на основі гетерополікислот та основних α-аміно-
кислот, а також виявлення впливу різних модифікую-
чих α-амінокислот на ефективність процесу гідролізу
компонентів біомаси у водному середовищі.
1. Матеріали та методи
1.1 Вихідні реактиви
В якості реагентів були використані: фруктоза
98 %, “харч” (Україна); фосфорновольфрамова кислота
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
55
(H3PW12O40) 99%, “чда” (Росія); фосфорномолібденова
кислота (H3PMo12O40) 92 %, “ч” (Росія); тетраетоксиси-
лан (TEOS) 98 %, (Aldrich); полі(етиленоксид)-
полі(пропіленоксид)-полі(етиленоксид) (Pluronic P-
123) MW 5800 (Aldrich); соляна кислота 10 М (Росія);
лізин гідрохлорид “чда” (Росія); аргінін “чда”; гістидин
гідрохлорид моногідрат “чда”.
1.2 Синтез кислотно-основних нанокаталізаторів
Фосфорномолібденосилікатний композит
(H3PMo12O40/SiO2) отримували наступним чином. На-
важку Pluronic Р-123 (18 г) розчиняли в 64 см3 етилово-
го спирту при кімнатній температурі, а наважку TEOS
(26 г) розчиняли в 21 см3 етилового спирту. В іншій
ємності розчиняли H3PMo12O40 (2,106 г) у 28 см3 води.
Спиртовий розчин TEOS/EtOH і водний розчин
H3PMo12O40 по краплях додавали до спиртового розчи-
ну Pluronic Р-123/EtOH за кімнатної температури при
постійному перемішуванні.
Кислотність суміші підтримували при рН = 1,2 ± 0,2
за допомогою HCl (12 моль/л). Після гомогенізації су-
міші протягом 3-х год прозорий розчин піддавали гід-
ротермальній обробці при 110 °С протягом 48 год;
швидкість підйому температури 2 °С /хв. Отриманий
прозорий водний гель (гідрогель) повільно дегідрату-
вали при 45 °С у вакуумі протягом 24–48 год до повно-
го формування частинок гелю. Висушений гель послі-
довно прожарювали по 2 год у вакуумі при 80, 100 і
120 °С. Продукт відмивали розведеною HCl (0,5
моль/л) при 60 °С тричі. Висушений порошок прожа-
рювали при 560 °С протягом 3 год, підіймаючи темпе-
ратуру зі швидкістю 2 °С /хв.
Фосфорновольфрамосилікатний композит
(H3PW12O40/SiO2) отримували наступним чином. Нава-
жку Pluronic Р-123 (18 г) розчиняли в 64 см3 етилового
спирту при кімнатній температурі, а наважку TEOS (26
г) розчиняли в 21 см3 етилового спирту. В іншій ємнос-
ті розчиняли H3PW12O40 (1,918 г) у 28 см3 води. Спир-
товий розчин TEOS/EtOH і водний розчин H3PW12O40
по краплях додавали до спиртового розчину Pluronic Р-
123/EtOH за кімнатної температури при постійному
перемішуванні.
Кислотність суміші підтримували при рН = 1,2 ± 0,2
за допомогою HCl (12 моль/л). Після гомогенізації су-
міші протягом 3-х год прозорий розчин піддавали гід-
ротермальній обробці при 110 °С протягом 48 год;
швидкість підйому температури 2 °С/хв. Отриманий
прозорий водний гель (гідрогель) повільно дегідрату-
вали при 45 °С у вакуумі протягом 24–48 год до повно-
го формування частинок гелю. Висушений гель послі-
довно прожарювали по 2 год у вакуумі при 80, 100 і
120 °С. Продукт тричі відмивали розведеною HCl (0,5
моль/л) при 60 °С. Висушений порошок прожарювали
при 560 °С протягом 3 год, підіймаючи температуру зі
швидкістю 2 °С/хв.
Синтез кислотно-основних каталізаторів на основі
амінокислот та ГПК здійснювали на основі методик
[10, 11] з невеликими змінами. В якості амінокислот
використовували амінокислоти, що містили надлишок
аміногруп та проявляли основні властивості – аргінін,
гістидин та лізин.
Синтез каталізатора H3PMo12O40/лізин. 1 ммоль гід-
рохлорид лізину (0,183 г) розчиняли в 15 см3 одномоля-
рної HCl. Окремо розчиняли 1 ммоль H3PMo12O40 (1,825
г) в 15 см3 одномолярної HCl. До розчину лізину по кра-
плях додавали розчин ГПК при перемішуванні на магні-
тній мішалці при 800 об/хв. Реакцію проводили за кім-
натної температури протягом 4 год. Отриманий розчин
сушили 12 год при 60 °С. Після висушування осад сфо-
рмувався у вигляді тонких пластинок.
Синтез каталізатора H3PMo12O40/гістидин. 1 ммоль
гідрохлорид гістидину (0,209 г) розчиняли в 10 см3 од-
номолярної HCl. Окремо розчиняли 1 ммоль
H3PMo12O40 (1,825 г) в 15 см3 одномолярної HCl. До
розчину гістидину по краплях додавали розчин ГПК
при перемішуванні на магнітній мішалці при 800 об/хв.
Реакцію проводили за кімнатної температури протягом
4 год. Отриманий розчин сушили 12 год при 60 °С.
Після висушування осад сформувався у вигляді тонких
пластинок.
Синтез каталізатора H3PMo12O40/аргінін. 1 ммоль
аргініну (0,174 г) розчиняли в 10 см3 одномолярної
HCl. Окремо розчиняли 1 ммоль H3PMo12O40 (1,825 г) в
15 см3 одномолярної HCl. До розчину аргініну по кра-
плях додавали розчин ГПК при перемішуванні на маг-
нітній мішалці при 800 об/хв. Реакцію проводили за
кімнатної температури протягом 4 год. Отриманий
розчин сушили 12 год при 60 °С. Після висушування
осад сформувався у вигляді тонких пластинок.
Синтез каталізатора 25 % H3PMo12O40/SiO2/лізин.
0,342 ммоль гідрохлорид лізину (0,062 г) розчиняли в
5,0 см3 одномолярної HCl. Окремо розмішували 0,342
ммоль 25 % H3PMo12O40/SiO2 (2,5 г) в 15 см3 одномоля-
рної HCl. До розчину ГПК по краплях додавали розчин
лізину при перемішуванні на магнітній мішалці при
400 об/хв. Реакцію проводили за кімнатної температу-
ри протягом 4 год. Отриману суміш центрифугували
при 6000 об/хв. Осад жовтого кольору відокремлюва-
ли та висушували за температури 60 °С протягом 12
год.
Синтез каталізатора 25 % H3PMo12O40/SiO2/гісти-
дин. 0,342 ммоль гідрохлорид гістидину (0,072 г) роз-
чиняли в 5,0 см3 одномолярної HCl. Окремо розмішу-
вали 0,342 ммоля 25 % H3PMo12O40/SiO2 (2,5 г) в 15 см3
одномолярної HCl. До розчину ГПК по краплях дода-
вали розчин гістидину, при перемішуванні на магніт-
ній мішалці при 400 об/хв. Реакцію проводили за кім-
натної температури протягом 4 год. Отриману суміш
центрифугували при 6000 об/хв. Осад жовтого кольору
відокремлювали та висушували за температури 60 °С
протягом 12 год.
Синтез каталізатора 25 % H3PMo12O40/SiO2/аргінін.
0,342 ммоль аргініну (0,060 г) розчиняли в 5,0 см3 од-
номолярної HCl. Окремо розмішували 0,342 ммоль 25
% H3PMo12O40/SiO2 (2,5 г) в 15 см3 одномолярної HCl.
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
56
До розчину ГПК по краплях додавали розчин аргініну
при перемішуванні на магнітній мішалці при 400
об/хв. Реакцію проводили за кімнатної температури
протягом 4 год. Отриману суміш центрифугували при
6000 об/хв. Осад жовтого кольору відокремлювали та
висушували за температури 60 °С протягом 12 год.
Синтез каталізатора H3PW12O40/лізин. 1 ммоль гід-
рохлорид лізину (0,183 г) розчиняли в 15 см3 одномо-
лярної HCl. Окремо розчиняли 1 ммоль H3PW12O40
(2,934 г) в 15 см3 одномолярної HCl. До розчину лізину
по краплях додавали розчин ГПК при перемішуванні
на магнітній мішалці при 800 об/хв. Реакцію проводи-
ли за кімнатної температури протягом 4 год. Отрима-
ний розчин сушили 12 год при 60 °С. Після висушу-
вання осад сформувався у вигляді тонких пластинок.
Синтез каталізатора H3PW12O40/гістидин. 1 ммоль
гідрохлорид гістидину (0,209 г) розчиняли в 10 см3 од-
номолярної HCl. Окремо розчиняли 1 ммоль
H3PW12O40 (2,934 г) в 15 см3 одномолярної HCl. До
розчину гістидину по краплях додавали розчин ГПК
при перемішуванні на магнітній мішалці при 800 об/хв.
Реакцію проводили за кімнатної температури протягом
4 год. Отриманий розчин сушили 12 год при 60 °С.
Після висушування осад сформувався у вигляді тонких
пластинок.
Синтез каталізатора H3PW12O40/аргінін. 1 ммоль ар-
гініну (0,174 г) розчиняли в 10 см3 одномолярної HCl.
Окремо розчиняли 1 ммоль H3PW12O40 (2,934 г) в 15
см3 одномолярної HCl. До розчину аргініну по краплях
додавали розчин ГПК при перемішуванні на магнітній
мішалці при 800 об/хв. Реакцію проводили за кімнатної
температури протягом 4 год. Отриманий розчин суши-
ли 12 год при 60 °С. Після висушування осад сформу-
вався у вигляді тонких пластинок.
Синтез каталізатора 25 % H3PW12O40/SiO2/лізин.
0,217 ммоль гідрохлорид лізину (0,039 г) розчиняли в
5,0 см3 одномолярної HCl. Окремо розчиняли 0,217
ммоль 25 % H3PW12O40/SiO2 (3,0 г) в 15 см3 одномо-
лярної HCl. До розчину ГПК по краплях додавали
розчин лізину при перемішуванні на магнітній міша-
лці при 400 об/хв. Реакцію проводили за кімнатної
температури протягом 4 год. Отриманий розчин ста-
вили на центрифугу при 6000 об/хв. Осад білого ко-
льору висушували за температури 60 °С протягом 12
год.
Синтез каталізатора 25 % H3PW12O40/SiO2/гістидин.
0,260 ммоль гідрохлорид гістидину (0,055 г) розчиняли
в 5,0 см3 одномолярної HCl. Окремо розмішували
0,260 ммоль 25 % H3PW12O40/SiO2 (3,0 г) в 15 см3 одно-
молярної HCl. До розчину ГПК по краплях додавали
розчин гістидину при перемішуванні на магнітній мі-
шалці при 400 об/хв. Реакцію проводили за кімнатної
температури протягом 4 год. Отриману суміш центри-
фугували при 6000 об/хв. Осад білого кольору відо-
кремлювали та висушували за температури 60 °С про-
тягом 12 год.
Синтез каталізатора 25 % H3PW12O40/SiO2/аргінін.
0,260 ммоль аргініну (0,045 г) розчиняли в 5,0 см3 од-
номолярної HCl. Окремо розмішували 0,260 ммоль
25 % H3PW12O40/SiO2 (3,0 г) в 15 см3 одномолярної
HCl. До розчину ГПК по краплях додавали розчин
аргініну при перемішуванні на магнітній мішалці при
400 об/хв. Реакцію проводили за кімнатної темпера-
тури протягом 4 год. Отриману суміш центрифугува-
ли при 6000 об/хв. Осад білого кольору відокремлю-
вали та висушували за температури 60 °С протягом
12 год.
3. Методи дослідження
Елементний склад синтезованих каталізаторів до-
сліджений на рентгенофлуоресцентному енергодиспе-
рсійному анализаторі Oxford Instruments X-Supreme
8000 (Oxford, Great Britain).
Структурно-адсорбційні характеристики синтезо-
ваних каталізаторів вимірювали на порозиметрі
Quantachrome Nova 1200e (Boynton Beach, FL, USA).
Перед вимірюванням зразки дегазували при 300 °С у
вакуумі протягом 2 год. Ізотерми адсорбції/десорбції
реєстрували при -196 °С з використанням N2 в якості
адсорбату. Питомі поверхні по BET (метод Brunauere
Emmette Teller) розраховувалися з області адсорбції
ізотерм в діапазоні P/P0 = 0,2–0,4. Загальний об’єм та
середній діаметр пор, їх розподіл за розмірами були
отримані з використанням методу Density Functional
Theory (DFT). Об’єми і середні діаметри мікропор були
розраховані методом Saitoe Foley (SF). Всі розрахунки
виконувалися з використанням програмного забезпе-
чення NovaWin v.11.02.
Зразки синтезованих каталізаторів досліджували
методом ІЧ-спектроскопії. Спектри знімали на приладі
Shimadzu IRАffinity-1S (Tokyo, Japan) з АТР пристав-
кою Specac GS 10801-B.
4. Каталітичні дослідження
Тестування каталітичної активності новостворених
кислотно-основних нанокаталізаторів проводили в ре-
акції гідротермальної конверсії фруктози. В товсто-
стінні скляні ампули ємністю 7 см3 вносили наважки
фруктози (0,202 г), додавали 10 % (мольних) наноката-
лізаторів та 4,0 см3 дистильованої води. Ампули герме-
тично запаювали і поміщали в захищену від випадко-
вого руйнування скляних ампул піч з електричним на-
грівом. Перед цим суміш ретельно перемішували. На-
грів зразків здійснювали шляхом поступового підйому
температури зі швидкістю 2 °С /хв. Реакцію проводили
за температури 120 °С. Зразки витримували при зада-
ній температурі протягом 3 год.
Продукти реакції аналізували на рідинному хрома-
тографі Agilent 1100 LC/MSD SL з ультрафіолетовим
детектором і масспектрометричним контролем. Розді-
лення проводили на колонці Rapid Resolution HT
Cartige 4,6x30 мм, 1,8-Micron, Zorbx SB-C18. Перед
аналізом з реакційної суміші відбирали по 0,5 см3 алік-
воти. До кожної відібраної порції аліквоти додавали 1
см3 метанолу. Суміш обробляли ультразвуком 5 хв.
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
57
Після цього проби центрифугували 15 хв при 4000
об/хв. Аналізували верхній шар центрифугату.
Кількісне визначення вмісту 5-гідроксиметилфур-
фуролу (5-ГМФ) в реакційних сумішах проводили за
методом абсолютного стандарту, в якості якого вико-
ристовували 5-гідроксиметил-2-фуральдегід (99 %,
Aldrich) в кожній серії аналізованих продуктів реакції.
5. Результати та обговорення
На рис. 1 та 2 для прикладу наведено рентгено-
флюоресцентні спектри відповідно H3PMo12O40 силіка-
тного композиту та каталізатора з привитою амінокис-
лотою.
З наведених даних було видно, що в структурі син-
тезованих каталізаторів присутня гетерополікислота
(H3PMo12O40). Про це свідчила наявність в зразках по-
ряд з Si таких елементів як Mo та P. Але даний метод
не давав змоги виявити наявність амінокислоти.
ІЧ-спектри ГПК-модифікованих силікатних матері-
алів мали всі специфічні смуги поглинання силікагелю.
На рис. 3 наведено ІЧ-спектри гібридного каталізатора
Рис. 1. Елементний аналіз 25 % H3PMo12O40/SiO2
Рис. 2. Елементний аналіз 25 % H3PMo12O40/ SiO2/аргінін
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
58
25 % H3PMo12O40/SiO2 (крива 2) у порівнянні з чистим
силікатним каркасом (типу SBA-15, крива 1). На цьому
рисунку спостерігалося суттєве зміщення всіх смуг
поглинання. Так, смуги при 440 см-1 (Si–O), 798 см-1
(Si–O), 953 см-1 (Si–OH), 1049 см-1 (Si–O–Si) були змі-
щені в ГПК-модифікованих зразках до 451 см-1, 802 см-1,
968 см-1, 1065 см-1 відповідно. А для гібридного нано-
каталізатора 25 % H3PW12O40/SiO2 (рис. 4, криві 1, 2),
зміщення смуги спостерігалося до 436 см-1, а смуга при
1049 см-1 (Si–O–Si) спостерігалася при 1041 см-1. Але
смуга при 953 см-1 (Si–OH) була відсутня у гібридного
нанокаталізатора 25 % H3PW12O40/SiO2. Наведені дані
можуть свідчити про те, що відбулася взаємодія ГПК з
силікатною основою.
Зміщення смуг поглинання, пов’язаних зі сполу-
ченням з амінокислотами (рис. 3, криві 3, 4, 5) у порів-
нянні з гібридним нанокаталізатором 25 % H3PMo12O40/
/SiO2 (рис. 3, крива 2), бачили на смузі 1065 см-1, яка
змістилась до 1061 см-1 (криві 3,5) та до 1057 см-1 (кри-
ва 4). Також смуга при 968 см-1 νas(Mo–O2c1–Mo) зміс-
тилася до 961 см-1 (криві 3, 4, 5), смуга при 802 см-1 – до
795 см-1 (криві 3, 4, 5), а смуга при 451 см-1 – до 448 см-1
(криві 4, 5).
На рис. 4 (криві 2–5) видно суттєве зміщення на
двох смугах. Це зміщення смуги поглинання валент-
них асиметричних коливань зв’язків P–O 1041 см-1 в
широкохвильовий бік спектру приблизно на 16 см-1 для
лізину (крива 3) і на 12 см-1 для аргініну і гістидину
(криві 4, 5), а також зміщення смуги поглинання вален-
тних асиметричних коливань зв’язків (W–O–W) 798
см-1 (рис. 4, крива 2) приблизно на 4 см-1 та зміщення
смуги δ (O–P–O) 436 см-1 на 4 см-1 (крива 3). Причому,
на ІЧ-спектрах кислотно-основних нанокаталізаторів
з’являлася нова смуга W=O 968 см-1, 964 см-1, 961 см-1
(рис. 4, криві 3, 4), відповідно. Це могло свідчити про
деформацію Кеггінівського аніону в структурі кислот-
Рис. 3. ІЧ-спектри: SiO2 (SBA-15) (1), 25% H3PMo12O40/
/SiO2 (2), 25% H3PMo12O40/ SiO2 /лізин, (3), 25% H3PMo12O40/
/SiO2/аргінін, (4), 25% H3PMo12O40/SiO2/гістидин (5)
Рис. 4. ІЧ-спектри: SiO2 (SBA-15) (1), 25% H3PW12O40/
/SiO2 (2), 25% H3PW12O40/ SiO2 /лізин, (3), 25% H3PW12O40/
/SiO2/аргінін, (4), 25% H3PW12O40/SiO2/гістидин (5)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
100
200
300
400
500
V
[с
м3 /г
]
P/P
0
1
2
3
4
2 3 4 5 6 7 8 9
0,00
0,02
0,04
0,06
dV
, с
м3 /н
м/
г
Діаметр пор, нм
1
2
3
4
Рис. 5. Ізотерми адсорбції-десорбції азоту новостворених
каталізаторів: 1 – 25 % H3PMo12O40/SiO2, 2 – 25 % H3PMo12O40/
/SiO2/лізин, 3 – 25 % H3PMo12O40/SiO2/гістидин, 4 – 25 %
H3PMo12O40/SiO2/аргінін, 5 – SiO2 (SBA-15)
Рис. 6. Розподіл пор за розмірами, розрахований методом
DFT новостворених каталізаторів: 1 – 25 %H3PMo12O40/SiO2,
2 – 25 % H3PMo12O40/SiO2/лізин (1:1), 3 – 25 % H3PMo12O40/
/SiO2/гістидин (1:1), 4 – 25 % H3PMo12O40/SiO2/аргінін (1:1)
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
59
но-основних нанокаталізаторів при сполученні з різ-
ними амінокислотами.
Ізотерми адсорбції–десорбції азоту кислотно-
основних нанокаталізаторів в порівнянні з чистим силіка-
гелем типу SBA-15 наведено на рис. 5 та 7.
Такий тип ізотерм з вираженою петлею гістерезісу,
притаманний речовинам з мезопоруватою структурою.
При обробці силікатної основи (SBA-15) фосфорно-
молібденовою гетерополікислотою тип ізотерми змі-
нювався (рис. 5), а при додаванні фосфорно-воль-
фрамової гетерополікислоти (рис. 7) вигляд ізотерми
практично залишався незмінним. Всі ізотерми відно-
сяться до IV типу з гістерезисними петлями, які харак-
терні для циліндричних пор. Також видно, що при до-
даванні різних амінокислот до гібридних нанокаталіза-
торів (25 % H3PMo12O40/SiO2, 25 % H3PW12O40/SiO2)
ізотерми не змінили свій тип. Проте питома поверхня
кислотно-основних нанокаталізаторів, що була розра-
хована виходячи з ізотерм адсорбції методом ДФТ,
знизилася. Розподіл пор за розмірами для каталізаторів
з фосфорно-вольфрамовою гетерополікислотою пока-
зав наявність мезопор з розміром близько 5 нм, тобто
отримано каталізатори з нанопоруватою структурою
(рис. 8). Для фосфорно-молібденової гетерополікисло-
ти та каталізаторів на її основі з’являються пори з роз-
міром близько 6 нм, що теж свідчить про наявність
нанопоруватої структури (рис. 6). Дані розрахунків
параметрів поруватої структури отриманих каталізато-
рів наведено у табл. 1.
З наведених даних видно (табл. 1), що питома пове-
рхня для гібридного нанокаталізатора з фосфорно-
вольфрамовою гетерополікислотою в 2,5 рази більша,
ніж для фосфорно-молібденової, і близька до поверхні
носія (SBA-15). Це може свідчити про те, що фосфор-
но-молібденова гетерополікислота увійшла в структу-
ру силікатного носія SBA-15 і заповнила структуру
гібридного нанокаталізатора.
Дані з конверсії фруктози в 5-ГМФ за участю кис-
лотно-основних ГПК нанокаталізаторів наведено в
табл. 2.
З табл. 2 видно, що кислотно-основні нанокаталіза-
тори з чистою фосфорно-вольфрамовою гетерополіки-
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
100
150
200
250
300
350
400
450
V
[с
м3 /г
]
P/P
0
1
2
3
4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
dV
, с
м3 /н
м/
г
Діаметр пор, нм
1
2 3
4
Рис. 7. Ізотерми адсорбції-десорбції азоту новостворених
каталізаторів: 1 – 25 % H3PW12O40/SiO2, 2 – 25 % H3PW12O40/
/SiO2/лізин, 3 – 25 % H3PW12O40/SiO2/гістидин, 4 – 25 %
H3PW12O40/SiO2/аргінін, 5 – SiO2 (SBA-15)
Рис. 8. Розподіл пор за розмірами, розрахований методом
DFT новостворених каталізаторів: 1 – 25 % H3PW12O40/SiO2,
2 – 25 % H3PW12O40/SiO2/лізин (1:1), 3 – 25 % H3PW12O40/
/SiO2/гістидин (1:1), 4 – 25 % H3PW12O40/SiO2/аргінін (1:1)
Таблиця 1. Структурно-адсорбційні характеристики кислотно-основних каталізаторів
Зразок Питома
поверхня БЕТ,
м2/г
Загальний
об’єм пор,
см3/г
Середній
діаметр пор,
нм
Об’єм
мікропор,
см3/г
Середній діаметр
мікропор,
нм
25%H3PW12O40/SiO2 668 0,65 5,1 0,32 0,45
25% H3PW12O40/SiO2/лізин 619 0,58 5,1 0,29 0,45
25%H3PW12O40/SiO2/гістидин 596 0,58 5,1 0,28 0,45
25% H3PW12O40/SiO2/аргінін 578 0,56 5,1 0,27 0,45
25%H3PMo12O40/SiO2 294 0,75 6,1 0,14 0,45
25% H3PMo12O40/SiO2/лізин 239 0,65 6,1 0,12 0,45
25% H3PMo12O40/SiO2/гістидин 208 0,53 6,1 0,1 0,45
25% H3PMo12O40/SiO2/аргінін 186 0,57 6,1 0,09 0,45
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
60
слотою у сполученні з амінокислотами мають у 1,5
рази вищу активність, ніж для фосфорно-молібденової
гетерополікислоти. Найвищі показники мольного ви-
ходу 5-ГМФ показав каталізатор H3PW12O40/лізин, де
вихід складав 28,3 %. Теж саме бачимо і для гібридно-
го нанокаталізатора 25 % H3PW12O40/SiO2, в порівнянні
з 25 % H3PMo12O40/SiO2. Але при додаванні до гібрид-
ного нанокаталізатора 25 % H3PW12O40/SiO2 різних ви-
дів амінокислот вихід 5-ГМФ спадав утричі. Це може
свідчити про те, що ці кислотно-основні нанокаталіза-
тори за даних умов проведення реакції не ефективні
для отримання 5-ГМФ у якості кінцевого продукту.
При додаванні до гібридного нанокаталізатора 25 %
H3PMo12O40/SiO2 різних амінокислот вихід 5-ГМФ сут-
тєво впав тільки при сполученні з аргініном (25 %
H3PMo12O40/SiO2/аргінін), а при сполученні з лізином
(25 % H3PMo12O40/SiO2/лізин) та гістидином (25 %
H3PMo12O40/SiO2/гістидин) мольний вихід практично
не змінився. Проте, для всіх каталізаторів з фосфорно-
молібденовою гетерополікислотою в реакції гідролізу
фруктози у великій кількості з’явилися побічні продук-
ти, які можна спостерігати на хроматограмах продуктів
реакції. Це може свідчити, що реакція проходила з пе-
ретворенням не тільки в один з головних продуктів
гідролізу (5-ГМФ), а також в інші корисні сполуки, чи
йшли побічні перетворення.
На рис. 9 та 10 наведено хроматограми продуктів
гідролізу фруктози ГПК силікатного композиту та
композиту з привитою амінокислотою відповідно, де
пік з масою 126 відповідає наявності 5-ГМФ у продук-
тах реакції, а інші піки відповідають побічним продук-
там.
Висновки
Синтезовано нанокаталізатори з кислотно-основни-
ми центрами в структурі на основі ГПК-силікатних
каталізаторів та основних α-амінокислот.
Рентгенофлуоресцентним енергодисперсійним ана-
лізом досліджено елементний склад створених нанока-
Таблиця 2. Конверсія фруктози з використанням кислотно-основних нанокаталізаторів за температури 120 °С
Вихід 5-ГМФ,% № п/п Каталізатор
Мольний Ваговий
1 H3PMo12O40/аргінін 8,1 5,7
2 H3PW12O40/аргінін 12,2 8,6
3 H3PMo12O40/гістидин 9,2 6,5
4 H3PW12O40/гістидин 12,2 8,6
5 H3PMo12O40/лізин 18,6 13,0
6 H3PW12O40/лізин 28,3 19,8
7 25% H3PMo12O40/SiO2 17,3 12,1
8 25% H3PMo12O40/SiO2/лізин 14,7 10,3
9 25% H3PMo12O40/SiO2/аргінін 9,0 6,3
10 25% H3PMo12O40/SiO2/гістидин 14,1 9,9
11 25% H3PW12O40/ SiO2 23,5 16,4
12 25% H3PW12O40/SiO2/лізин 6,6 4,6
13 25% H3PW12O40/SiO2/аргінін 6,2 4,3
14 25% H3PW12O40/SiO2/гістидин 5,5 3,9
Рис. 9. Хроматограма продуктів гідролізу фруктози при
120 С з використанням каталізатора 25 % H3PMo12O40/SiO2
Рис. 10. Хроматограма продуктів гідролізу фруктози при
120 °С з використанням каталізатора 25 % H3PMo12O40/SiO2/
лізин
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
61
талізаторів. Показано наявність гетерополікислот в
структурі отриманих каталізаторів.
Структурно-адсорбційні дослідження показали, що
всі отримані каталізатори мали мезопорувату структу-
ру. Виявлено, що при додаванні різних амінокислот до
гібридних нанокаталізаторів (25 % H3PMo12O40/SiO2, 25
% H3PW12O40/SiO2) ізотерми адсорбції не змінювали
свій характер і зразки залишалися мезопоруватими.
Дані ІЧ-спектрометричних досліджень свідчать про
взаємодію ГПК з силікатною основою. Виявлено, що в
структурі кислотно-основних нанокаталізаторів при
сполученні з різними амінокислотами проходила де-
формація Кеггінівського аніону. Це також може свід-
чити про взаємодію гібридних нанокаталізаторів з
привитими α-амінокислотами.
Показано, що прививка різних α-амінокислот до
ГПК-каталізаторів по-різному впливає на вихід цільо-
вого продукту (5-ГМФ) в реакції гідролізу фруктози.
Найкращий вихід 5-ГМФ (28,3 %) було отримано для
каталізатора H3PW12O40/лізин. Крім того, при викорис-
танні каталізаторів з фосфорно-молібденовою гетеро-
полікислотою з’являлася велика кількість побічних
продуктів.
Робота виконана на основі відомчої тематики
ІБОНХ НАН України 2.1.10-35 “Нові кислотно-основні
нанокаталізатори для процесів гідролізу біомаси у во-
дному середовищі”.
Література
1. Somerville C.R., Bonetta D. Plants as Factories for
Technical Materials // Plant Physiol. – 2001. – V. 125 – P.
168–171.
2. Balat M. Global Bio-fuel Processing and Produc-
tion Trends. // Energy Exploration and Explortation. –
2009. – V. 29, 4. – P. 153–203.
3. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/756.html.
4. Elliott D.C. Encyclopedia of Energy. Chemicals
from Biomass // Battelle Pacific Northwest Division. –
2003. – P. 177 – 138.
5. Talja R.A. Preparation and characterization of po-
tato starch films plasticized with polyols. // Academic dis-
sertation. 2007. – P. 65.
6. Andrew M.A Determining the Cost of Producing
Ethanol from Corn Starch and Lignocellulosic Feedstocks /
M.A Andrew, T. Frank, and Y. Winnie etc. // Technical
report. – 2000. – P. 44.
7. Wettstein S.G. A roadmap for conversion of ligno-
cellulosic biomass to chemicals and fuels / S.G. Wettstein,
D.M. Alonso, E.I. Gurbuz, J.A Dumesic // Current Opinion
in Chem. Eng. – 2012. – V. 1. – P. 1–7.
8. http://www.epc.com/fileadmin/inhalt/downloads/pd
f2011/Lebensmitteltechnologien_Flyer_ru.pdf.
9. Werpy T., Petersen G. Top. Value Added Chemi-
cals From Biomass // Pacific Northwest National Labora-
tory. National Renewable Energy Laboratory. – 2004. –
Vol. 1. – P. 3 – 38.
10. Zhao Q., Wang H., Zheng H. Acid–base bifunc-
tional HPA nanocatalysts promoting heterogeneous trans-
esterification and esterification reactions// Catal. Sci. Tech-
nol. – 2013. – V. 3. – P.2204–2209.
11. Li H., Govind K., Kotni R. Direct catalytic trans-
formation of carbohydrates into 5-ethoxymethylfurfural
with acid–base bifunctional hybrid nanospheres // Energy
Conversion and Management. – 2014. – V. 88. – P. 1245–
1251.
References
1. Somerville C.R., Bonetta D. Plants as Factories for
Technical Materials // Plant Physiol. – 2001. – V. 125 – P.
168–171 [In English].
2. Balat M. Global Bio-fuel Processing and Production
Trends. // Energy Exploration and Explortation. – 2009. –
V. 29, 4. – P. 153–203 [In English].
3. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/756.html [In
Russian].
4. Elliott D.C. Encyclopedia of Energy. Chemicals
from Biomass // Battelle Pacific Northwest Division. –
2003. – P. 177 – 138 [In English].
5. Talja R.A. Preparation and characterization of po-
tato starch films plasticized with polyols. // Academic dis-
sertation. 2007. – P. 65 [In English].
6. Andrew M.A Determining the Cost of Producing
Ethanol from Corn Starch and Lignocellulosic Feedstocks /
M.A Andrew, T. Frank, and Y. Winnie etc. // Technical
report. – 2000. – P. 44 [In English].
7. Wettstein S.G. A roadmap for conversion of ligno-
cellulosic biomass to chemicals and fuels / S.G. Wettstein,
D.M. Alonso, E.I. Gurbuz, J.A Dumesic // Current Opinion
in Chem. Eng. – 2012. – V. 1. – P. 1–7 [In English].
8. http://www.epc.com/fileadmin/inhalt/downloads/pd
f2011/Lebensmitteltechnologien_Flyer_ru.pdf [In Russian].
9. Werpy T., Petersen G. Top. Value Added
Chemicals From Biomass // Pacific Northwest National
Laboratory. National Renewable Energy Laboratory. –
2004. – Vol. 1. – P. 3 – 38 [In English].
10. Zhao Q., Wang H., Zheng H. Acid–base bifunc-
tional HPA nanocatalysts promoting heterogeneous trans-
esterification and esterification reactions// Catal. Sci.
Technol. – 2013. – V. 3. – P.2204–2209 [In English].
11. Li H., Govind K., Kotni R. Direct catalytic trans-
formation of carbohydrates into 5-ethoxymethylfurfural
with acid–base bifunctional hybrid nanospheres // Energy
Conversion and Management. – 2014. – V. 88. – P. 1245–
1251 [In English].
Надійшла до редакції 27.11.2018
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
62
Кислотно-основные нанокатализаторы
гидролиза компонентов биомассы в водной среде
Д.В. Молодой, А.В. Мельничук, В.А. Поважный
Институт биоорганической химии и нефтехимии им. В.П. Кухаря НАН Украины,
Украина, 02094 Киев, ул. Мурманская, 1; тел: (044) 573-25-52
Синтезированы кислотно-основные нанокатализаторы на основе фосфорно-вольфрамовой
и фосфорно-молибденовой гетерополикислот с привитыми α-аминокислотами для процес-
са кислотного гидролиза биомассы в водной среде. Изучены их физико-химические, струк-
турно-адсорбционные характеристики и каталитические свойства при гидролизе компо-
нентов биомассы в гидротермальных условиях. Методами ИК-спектроскопии установлено
наличие гетерополикислот и аминокислот в структуре созданных гибридных материалов.
Методом рентгенофлуоресцентного энергодисперсионного анализа подтверждено наличие
гетерополикислот в структуре полученных кислотно-основных нанокатализаторов. Опре-
делены структурно-адсорбционные характеристики синтезированных катализаторов с по-
мощью адсорбции паров азота при температуре жидкого азота. Удельная поверхность об-
разцов на основе фосфорно-вольфрамовой кислоты была в пределах 600 м2/г, а для образ-
цов с фосфорно-молибденовой гетерополикислотой – 200 м2/г. Изотермы адсорбции-
десорбции азота синтезированных образцов соответствуют материалам с мезопористой
структурой с порами размером 5–6 нм. Синтезированные кислотно-основные нанокатали-
заторы протестированы на примере гидролиза фруктозы. Показано, что прививка α-
аминокислот к гетерополикислотным катализаторам влияет на выход целевого продукта –
5-гидроксиметилфурфурола. Его лучший выход (28,3 %) был получен для катализатора
H3PW12O40/лизин. Кроме того, при использовании катализаторов с фосфорно-
молибденовой гетерополикислотой появляется большое количество побочных продуктов
реакции.
Ключевые слова: гетерополикислоты, структуры Кеггина, золь–гель синтез, нанокатализа-
тор, аминокислота, биомасса
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
63
Acid-base nanocatalysts for hydrolysis of biomass
components in the aquatic environment
D.V. Molodyy, O.V. Melnichuk, V.А. Povazhnyi
V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry, NAS of Ukraine,
1, Murmanska Str., 02094 Kyiv, Ukraine, Tel: (044) 573-25-52
Acid-base nanocatalysts based on phosphorus-tungsten and phosphorus-molybdenum
heteropolyacids with grafted α-amino acids for the process of acid hydrolysis of biomass in
aqueous medium have been synthesized. Their physicochemical, structural-adsorption characteris-
tics and catalytic properties during the hydrolysis of biomass components under hydrothermal con-
ditions have been studied. Using IR spectroscopy, the presence of heteropolyacids and amino acids
in the structure of the created hybrid materials has been established. By method of X-ray fluores-
cent energy dispersive analysis, the presence of heteropolyacids in the structure of the obtained
acid-base nanocatalysts has been confirmed. The structural adsorption characteristics of the synthe-
sized catalysts have been determined by adsorption of nitrogen vapors at liquid nitrogen tempera-
ture. The specific surface area of samples based on phosphorus-tungsten acid made up 600 m2/g,
and for samples with phosphorus-molybdenum heteropolyacid – 200 m2/g. The adsorption-
desorption isotherms of nitrogen of the synthesized samples correspond to materials with mesopor-
ous structure with a pore size of 5–6 nm. The synthesized acid-base nanocatalysts have been tested
using the example of fructose hydrolysis. It has been shown that grafting of α-amino acids to
heteropolyacids catalysts influences the yield of the target product – 5-hydroxymethyl furfural. The
best yield of 5-hydroxymethyl furfural (28.3 %) has been obtained for catalyst H3PW12O40/lysine.
In addition, when using catalysts with phosphorus-molybdenum heteropolyacid, a large amount of
reaction by-products is formed.
Key words: heteropolyacids, Keggin structures, sol-gel synthesis, nanocatalysts, aminoacid, bio-
mass
|
| id | oai:katalizorgua:article-56 |
| institution | Catalysis and petrochemistry |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T15:50:06Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | katalizorgua/5f/ebea01168f663200c7b940a4ac6cea5f.pdf |
| spelling | oai:katalizorgua:article-562021-11-28T08:54:23Z Кислотно-основні нанокаталізатори гідролізу компонентів біомаси у водному середовищі Acid-base nanocatalysts for hydrolysis of biomass components in the aquatic environment Molodyy, D.V. Melnichuk, O.V. Povazhnyi, V.А. heteropolyacids, Keggin structures, sol-gel synthesis, nanocatalysts, aminoacid, biomass гетерополікислоти, структури Кеггіна, золь–гель синтез, нанокаталізатор, амінокислота, біомаса Синтезовано кислотно-основні нанокаталізатори на основі фосфорно-вольфрамової та фосфорно-молібденової гетерополікислот з привитими α-амінокислотами для процесу кислотного гідролізу біомаси у водному середовищі. Вивчено їх фізико-хімічні, структурноадсорбційні характеристики та каталітичні властивості при гідролізі компонентів біомаси в гідротермальних умовах. Методами ІЧ-спектроскопії встановлено наявність гетерополікислот та амінокислот в структурі новостворених гібридних матеріалів. Методом рентгенофлуоресцентного енергодисперсійного аналізу підтверджено наявність гетерополікислот в структурі отриманих кислотно-основних нанокаталізаторів. Визначено структурноадсорбційні характеристики синтезованих каталізаторів за допомогою адсорбції парів азоту при температурі рідкого азоту. Питома поверхня зразків на основі фосфорно-вольфрамової кислоти була в межах 600 м2/г, а для зразків з фосфорно-молібденовою гетерополікислотою – 200 м2/г. Ізотерми адсорбції–десорбції азоту синтезованих зразків відповідають матеріалам з мезопоруватою структурою з порами розміром 5–6 нм. Синтезовані кислотно-основні нанокаталізатори протестовані на прикладі гідролізу фруктози. Показано, що прививка α-амінокислот до гетерополікислотних каталізаторів впливає на вихід цільового продукту – 5-гідроксиметилфурфуролу. Його найкращий вихід (28,3 %) було отримано для каталізатора H3PW12O40/лізин. Крім того, при використанні каталізаторів з фосфорно-молібденовою гетерополікислотою з’являється велика кількість побічних продуктів реакції. Acid-base nanocatalysts based on phosphorus-tungsten and phosphorus-molybdenum heteropolyacids with grafted α-amino acids for the process of acid hydrolysis of biomass in aqueous medium have been synthesized. Their physicochemical, structural-adsorption characteristics and catalytic properties during the hydrolysis of biomass components under hydrothermal conditions have been studied. Using IR spectroscopy, the presence of heteropolyacids and amino acids in the structure of the created hybrid materials has been established. By method of X-ray fluorescent energy dispersive analysis, the presence of heteropolyacids in the structure of the obtained acid-base nanocatalysts has been confirmed. The structural adsorption characteristics of the synthesized catalysts have been determined by adsorption of nitrogen vapors at liquid nitrogen temperature. The specific surface area of samples based on phosphorus-tungsten acid made up 600 m2/g, and for samples with phosphorus-molybdenum heteropolyacid – 200 m2/g. The adsorptiondesorption isotherms of nitrogen of the synthesized samples correspond to materials with mesoporous structure with a pore size of 5–6 nm. The synthesized acid-base nanocatalysts have been tested using the example of fructose hydrolysis. It has been shown that grafting of α-amino acids to heteropolyacids catalysts influences the yield of the target product – 5-hydroxymethyl furfural. The best yield of 5-hydroxymethyl furfural (28.3 %) has been obtained for catalyst H3PW12O40/lysine. In addition, when using catalysts with phosphorus-molybdenum heteropolyacid, a large amount of reaction by-products is formed. V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine 2018-11-10 Article Article application/pdf https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/56 Catalysis and petrochemistry; No. 27 (2018): Catalysis and petrochemistry; 54-63 Каталіз та нафтохімія; № 27 (2018): Каталіз та нафтохімія; 54-63 2707-5796 2412-4176 uk https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/56/46 |
| spellingShingle | гетерополікислоти структури Кеггіна золь–гель синтез нанокаталізатор амінокислота біомаса Molodyy, D.V. Melnichuk, O.V. Povazhnyi, V.А. Кислотно-основні нанокаталізатори гідролізу компонентів біомаси у водному середовищі |
| title | Кислотно-основні нанокаталізатори гідролізу компонентів біомаси у водному середовищі |
| title_alt | Acid-base nanocatalysts for hydrolysis of biomass components in the aquatic environment |
| title_full | Кислотно-основні нанокаталізатори гідролізу компонентів біомаси у водному середовищі |
| title_fullStr | Кислотно-основні нанокаталізатори гідролізу компонентів біомаси у водному середовищі |
| title_full_unstemmed | Кислотно-основні нанокаталізатори гідролізу компонентів біомаси у водному середовищі |
| title_short | Кислотно-основні нанокаталізатори гідролізу компонентів біомаси у водному середовищі |
| title_sort | кислотно-основні нанокаталізатори гідролізу компонентів біомаси у водному середовищі |
| topic | гетерополікислоти структури Кеггіна золь–гель синтез нанокаталізатор амінокислота біомаса |
| topic_facet | heteropolyacids Keggin structures sol-gel synthesis nanocatalysts aminoacid biomass гетерополікислоти структури Кеггіна золь–гель синтез нанокаталізатор амінокислота біомаса |
| url | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/56 |
| work_keys_str_mv | AT molodyydv kislotnoosnovnínanokatalízatorigídrolízukomponentívbíomasiuvodnomuseredoviŝí AT melnichukov kislotnoosnovnínanokatalízatorigídrolízukomponentívbíomasiuvodnomuseredoviŝí AT povazhnyiva kislotnoosnovnínanokatalízatorigídrolízukomponentívbíomasiuvodnomuseredoviŝí AT molodyydv acidbasenanocatalystsforhydrolysisofbiomasscomponentsintheaquaticenvironment AT melnichukov acidbasenanocatalystsforhydrolysisofbiomasscomponentsintheaquaticenvironment AT povazhnyiva acidbasenanocatalystsforhydrolysisofbiomasscomponentsintheaquaticenvironment |