Окиснення суміші ксилоза-метанол в метиллактат та метилгліколат на CeO2 SnO2/Al2O3 каталізаторі
The development of catalytic methods for xylose transformation as renewable raw material into value-added chemicals such as lactic and glycolic acid esters has been the subject of intensive research in recent years. Thus, methyl lactate and methyl glycolate are used as a starting material for the pr...
Gespeichert in:
| Datum: | 2024 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/733 |
| 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_ | 1856543959168319488 |
|---|---|
| author | Prudius, S. V. Hes, N. L. Zhuravlov, A. Yu. Brei, V. V. |
| author_facet | Prudius, S. V. Hes, N. L. Zhuravlov, A. Yu. Brei, V. V. |
| author_sort | Prudius, S. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-06-19T09:40:52Z |
| description | The development of catalytic methods for xylose transformation as renewable raw material into value-added chemicals such as lactic and glycolic acid esters has been the subject of intensive research in recent years. Thus, methyl lactate and methyl glycolate are used as a starting material for the production of lactide and glycolide – an important monomers for the production of biodegradable polymers. The aim of this work was to search of simple effective catalyst for transformation of xylose into methyl esters of lactic and glycolic acids. For this purpose, tin-containing alumina doped with СeO2, MoO3 and CuO oxides were synthesized by impregnation method. Textural and structural parameters of obtained МeO?SnO2/Al2O3 mixed oxides were estimated from the results of low-temperature adsorption-desorption of nitrogen and X-ray diffraction. The formation of morphology ceria close to octahedra for CeО2?SnO2/Al2O3 sample is confirmed by the X-ray phase analysis data and SEM microphotographs. The UV spectroscopy data indicates the nanosize of tin dioxide particles on the ??Al2O3 surface. According to the titration results, CeО2?SnO2/Al2O3 is acid mixed oxide with H0 ? –3.0. The catalytic conversion of xylose solution in methanol was carried out in rotated autoclaves and in a flow stainless steel reactor with a fixed bed of catalyst. The products of the target reaction C5H10O5+2CH3OH+1/2O2 = C4H8O3+C3H6O3+2H2O were analyzed by 13C NMR. It was found that a complete conversion of 4 % xylose solution in a 70 % aqueous methanol solution occurs with the formation of methyl lactate (42 %) and methyl glycolate (24 %) on the developed CeO2-SnO2/Al2O3 catalyst loading of 3.5 mmol C5H10O5/gcat/h at 190 °C/3.0 MPa in air flow. The path of the reaction is proposed, namely: the IVSn4+ ions in CeO2-SnO2/Al2O3 catalyst as Lewis acid sites promote retro-aldol xylose condensation and further Cannizzaro rearrangement of intermediate methyl pyruval hemiacetal into methyl lactate. And CeO2 provides selective oxidation of glycol aldehyde formed as a result of aldol decondensation of xylose to methyl glycolate. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:24Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-733 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-09-24T17:45:56Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7332025-06-19T09:40:52Z Oxidation of xylose – methanol mixture into methyl lactate and methyl glycolate on CeO2-SnO/AlO3 catalyst Окиснення суміші ксилоза-метанол в метиллактат та метилгліколат на CeO2 SnO2/Al2O3 каталізаторі Prudius, S. V. Hes, N. L. Zhuravlov, A. Yu. Brei, V. V. xylose conversion methyl lactate methyl glycolate mixed oxide CeO2 SnO2 конверсія ксилози метиллактат метилгліколат змішані оксиди CeO2 SnO2 The development of catalytic methods for xylose transformation as renewable raw material into value-added chemicals such as lactic and glycolic acid esters has been the subject of intensive research in recent years. Thus, methyl lactate and methyl glycolate are used as a starting material for the production of lactide and glycolide – an important monomers for the production of biodegradable polymers. The aim of this work was to search of simple effective catalyst for transformation of xylose into methyl esters of lactic and glycolic acids. For this purpose, tin-containing alumina doped with СeO2, MoO3 and CuO oxides were synthesized by impregnation method. Textural and structural parameters of obtained МeO?SnO2/Al2O3 mixed oxides were estimated from the results of low-temperature adsorption-desorption of nitrogen and X-ray diffraction. The formation of morphology ceria close to octahedra for CeО2?SnO2/Al2O3 sample is confirmed by the X-ray phase analysis data and SEM microphotographs. The UV spectroscopy data indicates the nanosize of tin dioxide particles on the ??Al2O3 surface. According to the titration results, CeО2?SnO2/Al2O3 is acid mixed oxide with H0 ? –3.0. The catalytic conversion of xylose solution in methanol was carried out in rotated autoclaves and in a flow stainless steel reactor with a fixed bed of catalyst. The products of the target reaction C5H10O5+2CH3OH+1/2O2 = C4H8O3+C3H6O3+2H2O were analyzed by 13C NMR. It was found that a complete conversion of 4 % xylose solution in a 70 % aqueous methanol solution occurs with the formation of methyl lactate (42 %) and methyl glycolate (24 %) on the developed CeO2-SnO2/Al2O3 catalyst loading of 3.5 mmol C5H10O5/gcat/h at 190 °C/3.0 MPa in air flow. The path of the reaction is proposed, namely: the IVSn4+ ions in CeO2-SnO2/Al2O3 catalyst as Lewis acid sites promote retro-aldol xylose condensation and further Cannizzaro rearrangement of intermediate methyl pyruval hemiacetal into methyl lactate. And CeO2 provides selective oxidation of glycol aldehyde formed as a result of aldol decondensation of xylose to methyl glycolate. В останні роки розробка каталітичних методів конверсії ксилози як відновлюваної сировини в хімічні речовини з доданою вартістю, такі як естери молочної та гліколевої кислот, є предметом інтенсивних досліджень. Так, метиллактат і метилгліколат використовуються як вихідний матеріал для виробництва лактиду і гліколіду – важливих мономерів для виробництва біорозкладних полімерів. Метою даної роботи був пошук простого ефективного каталізатора для перетворення ксилози в метилові естери молочної та гліколевої кислот. Для цього методом імпрегнування синтезували олововмісний оксид алюмінію, допований оксидами СeO2, MoO3 та CuO. Текстурні та структурні параметри одержаних змішаних МeO?SnO2/Al2O3 оксидів оцінено за результатами низькотемпературної адсорбції-десорбції азоту та рентгенофазового аналізу. Формування морфології оксиду церію, близької до октаедра, для зразка CeО2?SnO2/Al2O3 підтверджено даними рентгенофазового аналізу та мікрофотографіями SEM. Дані УФ-спектроскопії вказують на нанорозмір частинок діоксиду олова на поверхні ??Al2O3. За результатами титрування CeО2?SnO2/Al2O3 є кислотним змішаним оксидом з H0 ? –3.0. Каталітичну конверсію розчину ксилози в метанолі проводили в автоклавах, що обертаються, і в проточному реакторі з нержавіючої сталі з нерухомим шаром каталізатора. Продукти цільової реакції C5H10O5+2CH3OH+1/2O2=C4H8O3+C3H6O3+2H2O аналізували методом 13C ЯМР. Встановлено, що повна конверсія 4 % розчину ксилози в 70 % водному розчині метанолу відбувається з утворенням метиллактату (42 %) і метилгліколяту (24 %) на розробленому каталізаторі CeО2?SnO2/Al2O3 з навантаженням 3.5 ммоль C5H10O5/гкат/год при 190 °C/3.0 МПа в потоці повітря. Запропоновано шлях реакції, а саме: іони IVSn4+ каталізатора CeО2?SnO2/Al2O3 як кислотні центри Льюїса сприяють ретро-альдольній конденсації ксилози та подальшому перегрупуванню Канніццаро проміжного напівацеталю піровиноградного альдегіду в метиллактат. А CeO2 забезпечує селективне окиснення гліколевого альдегіду, що утворюється в результаті альдольної деконденсації ксилози, до метилгліколяту. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2024-08-31 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/733 10.15407/hftp15.03.340 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 15 No. 3 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 340-348 Химия, физика и технология поверхности; Том 15 № 3 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 340-348 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 15 № 3 (2024): Хімія, фізика та технологія поверхні; 340-348 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp15.03 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/733/749 Copyright (c) 2024 S. V. Prudius, N. L. Hes, A. Yu. Zhuravlov, V. V. Brei |
| spellingShingle | конверсія ксилози метиллактат метилгліколат змішані оксиди CeO2 SnO2 Prudius, S. V. Hes, N. L. Zhuravlov, A. Yu. Brei, V. V. Окиснення суміші ксилоза-метанол в метиллактат та метилгліколат на CeO2 SnO2/Al2O3 каталізаторі |
| title | Окиснення суміші ксилоза-метанол в метиллактат та метилгліколат на CeO2 SnO2/Al2O3 каталізаторі |
| title_alt | Oxidation of xylose – methanol mixture into methyl lactate and methyl glycolate on CeO2-SnO/AlO3 catalyst |
| title_full | Окиснення суміші ксилоза-метанол в метиллактат та метилгліколат на CeO2 SnO2/Al2O3 каталізаторі |
| title_fullStr | Окиснення суміші ксилоза-метанол в метиллактат та метилгліколат на CeO2 SnO2/Al2O3 каталізаторі |
| title_full_unstemmed | Окиснення суміші ксилоза-метанол в метиллактат та метилгліколат на CeO2 SnO2/Al2O3 каталізаторі |
| title_short | Окиснення суміші ксилоза-метанол в метиллактат та метилгліколат на CeO2 SnO2/Al2O3 каталізаторі |
| title_sort | окиснення суміші ксилоза-метанол в метиллактат та метилгліколат на ceo2 sno2/al2o3 каталізаторі |
| topic | конверсія ксилози метиллактат метилгліколат змішані оксиди CeO2 SnO2 |
| topic_facet | xylose conversion methyl lactate methyl glycolate mixed oxide CeO2 SnO2 конверсія ксилози метиллактат метилгліколат змішані оксиди CeO2 SnO2 |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/733 |
| work_keys_str_mv | AT prudiussv oxidationofxylosemethanolmixtureintomethyllactateandmethylglycolateonceo2snoalo3catalyst AT hesnl oxidationofxylosemethanolmixtureintomethyllactateandmethylglycolateonceo2snoalo3catalyst AT zhuravlovayu oxidationofxylosemethanolmixtureintomethyllactateandmethylglycolateonceo2snoalo3catalyst AT breivv oxidationofxylosemethanolmixtureintomethyllactateandmethylglycolateonceo2snoalo3catalyst AT prudiussv okisnennâsumíšíksilozametanolvmetillaktattametilglíkolatnaceo2sno2al2o3katalízatorí AT hesnl okisnennâsumíšíksilozametanolvmetillaktattametilglíkolatnaceo2sno2al2o3katalízatorí AT zhuravlovayu okisnennâsumíšíksilozametanolvmetillaktattametilglíkolatnaceo2sno2al2o3katalízatorí AT breivv okisnennâsumíšíksilozametanolvmetillaktattametilglíkolatnaceo2sno2al2o3katalízatorí |