Конверсія D-фруктози в етиллактат на SnO2-вмісних каталізаторах
The study is directed to the search of effective catalysts for ethyl lactate obtaining from fructose as renewable raw material. A series of SnO2-containing oxides for transformation of 13 % fructose solution in 98 % ethanol was prepared by impregnation of different carriers. The reaction was carried...
Gespeichert in:
| Datum: | 2019 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/495 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543906722742272 |
|---|---|
| author | Prudius, S. V. Vyslogusova, N. M. Brei, V. V. |
| author_facet | Prudius, S. V. Vyslogusova, N. M. Brei, V. V. |
| author_sort | Prudius, S. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:03:38Z |
| description | The study is directed to the search of effective catalysts for ethyl lactate obtaining from fructose as renewable raw material. A series of SnO2-containing oxides for transformation of 13 % fructose solution in 98 % ethanol was prepared by impregnation of different carriers. The reaction was carried out in autoclaves while rotating at a speed of 60 rpm for 3 h at 160 °C. The products of fructose conversion were analyzed using 13C NMR spectroscopy. The textural characteristics, strength and concentration of acid and base sites of the synthesized mixed oxides are given. All samples are characterized by a developed surface – 90–380 m2/g, a sufficiently large pore volume – 0.5–0.95 cm3/g, and a wide distribution of pores diameter – 10–20 nm. It has been shown that the acidic oxides SnO2 and SnO2/SiO2 dehydrate fructose to 5-hydroxymethylfurfural, levulinic and formic acids and their esters. The basic SnO2/MgO-ZrO2 mixed oxide promotes the conversion of fructose towards the formation of 1-hydroxy-2-butanones, hydroxyacetone, ethyl propionate and ethyl formate. SnO2/ZrO2-TiO2 samples catalyze the dehydration of fructose to 5-hydroxymethyl furfural with 77-90 % selectivity. The addition of SnO2 to Al2O3 leads to a significant increase in the yield of the target product - ethyl lactate. Thus, the 20SnO2/Al2O3 catalyst provides 97 % fructose conversion with a 49 % yield of ethyl lactate. It has been found that the addition of zinc ions to SnO2/Al2O3 leads to the formation on the surface of a mixed oxide of a weak basic sites with H0max =+7.2. Thus on 10SnO2-5ZnO/Al2O3 catalyst the selectivity of ethyl lactate formation increases to 56 % at 100 % fructose conversion. The schemes for fructose conversion to ethyl lactate at acid L-centers of Sn 4+ are discussed. The obtained results show that namely acid IVSn4+ L-sites catalyze aldol decondensation of fructose as the first stage of the ethyl lactate formation as well as initiate the isomerization of hemiacetal into ethyl lactate. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:35Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-495 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-17T12:07:59Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4952022-06-29T10:03:38Z Conversion of D-fructose into ethyl lactate over SnO2-containing catalysts Конверсия D-фруктозы в этиллактат на SnO2-содержащих катализаторах Конверсія D-фруктози в етиллактат на SnO2-вмісних каталізаторах Prudius, S. V. Vyslogusova, N. M. Brei, V. V. fructose ethyl lactate conversion SnO2 containing catalysts SnO2-вмісні каталізатори фруктоза етиллактат 5-гідроксиметилфурфурол фруктоза этиллактат конверсия SnO2-содержащие катализаторы The study is directed to the search of effective catalysts for ethyl lactate obtaining from fructose as renewable raw material. A series of SnO2-containing oxides for transformation of 13 % fructose solution in 98 % ethanol was prepared by impregnation of different carriers. The reaction was carried out in autoclaves while rotating at a speed of 60 rpm for 3 h at 160 °C. The products of fructose conversion were analyzed using 13C NMR spectroscopy. The textural characteristics, strength and concentration of acid and base sites of the synthesized mixed oxides are given. All samples are characterized by a developed surface – 90–380 m2/g, a sufficiently large pore volume – 0.5–0.95 cm3/g, and a wide distribution of pores diameter – 10–20 nm. It has been shown that the acidic oxides SnO2 and SnO2/SiO2 dehydrate fructose to 5-hydroxymethylfurfural, levulinic and formic acids and their esters. The basic SnO2/MgO-ZrO2 mixed oxide promotes the conversion of fructose towards the formation of 1-hydroxy-2-butanones, hydroxyacetone, ethyl propionate and ethyl formate. SnO2/ZrO2-TiO2 samples catalyze the dehydration of fructose to 5-hydroxymethyl furfural with 77-90 % selectivity. The addition of SnO2 to Al2O3 leads to a significant increase in the yield of the target product - ethyl lactate. Thus, the 20SnO2/Al2O3 catalyst provides 97 % fructose conversion with a 49 % yield of ethyl lactate. It has been found that the addition of zinc ions to SnO2/Al2O3 leads to the formation on the surface of a mixed oxide of a weak basic sites with H0max =+7.2. Thus on 10SnO2-5ZnO/Al2O3 catalyst the selectivity of ethyl lactate formation increases to 56 % at 100 % fructose conversion. The schemes for fructose conversion to ethyl lactate at acid L-centers of Sn 4+ are discussed. The obtained results show that namely acid IVSn4+ L-sites catalyze aldol decondensation of fructose as the first stage of the ethyl lactate formation as well as initiate the isomerization of hemiacetal into ethyl lactate. Исследование направлено на поиск эффективных катализаторов получения этиллактата из фруктозы как возобновляемого сырья. Методом просачивания разных носителей синтезирована серия SnO2-содержащих катализаторов для трансформации 13 % раствора фруктозы в 98 % этаноле при 160 °С в течение 3 ч в стационарных условиях с применением автоклавов (60 об/мин). Продукты реакции анализировали с помощью метода 13С ЯМР спектроскопии. Приведены текстурные характеристики, сила и концентрация кислотных и осн?вных центров синтезированных смешанных оксидов. Все образцы характеризуются развитой поверхностью – 90–380 м2/г, достаточно большим объемом пор – 0.5–0.95 см3/г и широким распределением пор по диаметру – 10–20 нм. Показано, что на кислотных SnO2 и SnO2/SiO2 оксидах происходит дегидратация фруктозы до 5-гидроксиметилфурфурола, левулиновой и муравьиной кислот и их эфиров. Осн?вный SnO2/MgO-ZrO2 смешанный оксид способствует конверсии фруктозы в сторону образования 1-гидрокси-2-бутанонов, гидроксиацетона, этилпропионата и этилформиата. Образцы SnO2/ZrO2-TiO2 катализируют дегидратацию фруктозы, в результате которой c 77–90 % селективностью образуется 5-гидроксиметилфурфурол.Нанесение SnO2 на Al2O3 приводит к значительному повышению выхода целевого продукта – этиллактата. Так, 20SnO2/Al2O3 катализатор обеспечивает 97 % конверсию фруктозы с 49 % выходом этиллактата. Найдено, что допирование SnO2/Al2O3 ионами цинка приводит к образованию на поверхности смешанного оксида слабых осн?вных центров с H0max =+7.2. При этом на катализаторе 10SnO2-5ZnO/Al2O3 повышается селективность образования этиллактата до 56 % при 100 % конверсии фруктозы. Обсуждается схема преобразования фруктозы в этиллактат на кислотных IVSn4+ L-центрах. Полученные результаты показывают, что реакцию альдольной деконденсации фруктозы, как первую стадию образования этиллактата, катализируют кислотные IVSn4+ L-центры. Также эти центры инициируют изомеризацию полуацеталя пировиноградного альдегида в этиллактат. Дослідження спрямовано на пошук ефективних каталізаторів одержання етиллактату з фруктози як поновлювальної сировини. Методом просочування різних носіїв синтезовано серію SnO2-вмісних каталізаторів для трансформації 13 % розчину фруктози в 98 % етанолі при 160 °С протягом 3 год в стаціонарних умовах з застосуванням автоклавів (60 об/хв). Продукти реакції аналізували за допомогою методу 13С ЯМР спектроскопії. Наведено текстурні характеристики, сила і концентрація кислотних та осн?вних центрів синтезованих змішаних оксидів. Всі зразки характеризуються розвиненою поверхнею – 90–380 м2/г, достатньо великим об’ємом пор – 0.5–0.95 см3/г та широким розподілом пор за діаметром – 10–20 нм. Показано, що на кислотних SnO2 та SnO2/SiO2 оксидах спостерігається дегідратація фруктози до 5-гідроксиметилфурфуролу, левулінової та мурашиної кислот та їх естерів. Осн?вний 10SnO2/MgO-ZrO2 змішаний оксид сприяє конверсії фруктози в бік утворення 1-гідрокси-2-бутанонів, гідроксиацетону, етилпропіонату та етилформіату. Зразки SnO2/ZrO2-TiO2 каталізують дегідратацію фруктози з конверсією більш ніж 90 %, в результаті якої майже з 77-90 % селективністю утворюється 5-гідроксиметилфурфурол. Нанесення SnO2 на Al2O3 призводить до значного підвищення виходу цільового продукту – етиллактату. Так, 20SnO2/Al2O3 каталізатор забезпечує 97 % конверсію фруктози з 49 % виходом етиллактату. Знайдено, що допування SnO2/Al2O3 іонами цинку призводить до утворення на поверхні змішаного оксиду слабких осн?вних центрів з H0max =+7.2. При цьому на каталізаторі 10SnO2-5ZnO/Al2O3 підвищується селективність утворення етиллактату до 56 % при 100 % конверсії фруктози. Обговорюється схема перетворення фруктози до етиллактату на кислотних IVSn4+ L-центрах. Одержані результаті свідчать, що реакцію альдольної деконденсації фруктози, як першу стадію утворення етиллактату, каталізують кислотні IVSn4+ L-центри. Також ці центри ініціюють ізомеризацію геміацеталю піровиноградного альдегіду до етиллактату. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2019-02-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/495 10.15407/hftp10.01.067 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 10 No. 1 (2019): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 67-74 Химия, физика и технология поверхности; Том 10 № 1 (2019): Химия, физика и технология поверхности; 67-74 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 10 № 1 (2019): Хімія, фізика та технологія поверхні; 67-74 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp10.01 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/495/497 Copyright (c) 2019 S. V. Prudius, N. M. Vyslogusova, V. V. Brei |
| spellingShingle | SnO2-вмісні каталізатори фруктоза етиллактат 5-гідроксиметилфурфурол Prudius, S. V. Vyslogusova, N. M. Brei, V. V. Конверсія D-фруктози в етиллактат на SnO2-вмісних каталізаторах |
| title | Конверсія D-фруктози в етиллактат на SnO2-вмісних каталізаторах |
| title_alt | Conversion of D-fructose into ethyl lactate over SnO2-containing catalysts Конверсия D-фруктозы в этиллактат на SnO2-содержащих катализаторах |
| title_full | Конверсія D-фруктози в етиллактат на SnO2-вмісних каталізаторах |
| title_fullStr | Конверсія D-фруктози в етиллактат на SnO2-вмісних каталізаторах |
| title_full_unstemmed | Конверсія D-фруктози в етиллактат на SnO2-вмісних каталізаторах |
| title_short | Конверсія D-фруктози в етиллактат на SnO2-вмісних каталізаторах |
| title_sort | конверсія d-фруктози в етиллактат на sno2-вмісних каталізаторах |
| topic | SnO2-вмісні каталізатори фруктоза етиллактат 5-гідроксиметилфурфурол |
| topic_facet | fructose ethyl lactate conversion SnO2 containing catalysts SnO2-вмісні каталізатори фруктоза етиллактат 5-гідроксиметилфурфурол фруктоза этиллактат конверсия SnO2-содержащие катализаторы |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/495 |
| work_keys_str_mv | AT prudiussv conversionofdfructoseintoethyllactateoversno2containingcatalysts AT vyslogusovanm conversionofdfructoseintoethyllactateoversno2containingcatalysts AT breivv conversionofdfructoseintoethyllactateoversno2containingcatalysts AT prudiussv konversiâdfruktozyvétillaktatnasno2soderžaŝihkatalizatorah AT vyslogusovanm konversiâdfruktozyvétillaktatnasno2soderžaŝihkatalizatorah AT breivv konversiâdfruktozyvétillaktatnasno2soderžaŝihkatalizatorah AT prudiussv konversíâdfruktozivetillaktatnasno2vmísnihkatalízatorah AT vyslogusovanm konversíâdfruktozivetillaktatnasno2vmísnihkatalízatorah AT breivv konversíâdfruktozivetillaktatnasno2vmísnihkatalízatorah |