Гідрогеноліз ксилози до С2-С3 діолів на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі
This study is dedicated to the continuous-flow hydrogenolysis of xylose 10 wt. % solutions in a methanol-water mixture to produce ethylene glycol and propylene glycol over Cu-Cr2O3/Al2O3 catalyst. A series of catalyst samples with varying CuO loadings (13–19 wt. %) were synthesized...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/830 |
| 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_ | 1856543974995525632 |
|---|---|
| author | Horbaniuk, I.S. Trachevskiy, V.V. Brei , V.V. |
| author_facet | Horbaniuk, I.S. Trachevskiy, V.V. Brei , V.V. |
| author_sort | Horbaniuk, I.S. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-12-26T08:56:50Z |
| description | This study is dedicated to the continuous-flow hydrogenolysis of xylose 10 wt. % solutions in a methanol-water mixture to produce ethylene glycol and propylene glycol over Cu-Cr2O3/Al2O3 catalyst. A series of catalyst samples with varying CuO loadings (13–19 wt. %) were synthesized through wet impregnation of ?-Al2O3 support followed by heat treatment at 350 °C for 4 hours and later reduction of CuO by H2 to metallic copper. Complete reduction of CuO to metallic copper was confirmed by X-ray diffraction analysis of samples. To investigate the acid-base characteristics of obtained catalysts, desorption mass spectrometry was used. Catalytic experiments were conducted in a stainless steel flow reactor with a fixed catalyst bed (4 cm3, ~2.3 g) under conditions of 180 °C, 4.0 MPa H2 pressure, and a catalyst load of 1.6 mmol C5H10O5/gcat/h. According to product analysis using 13C NMR spectroscopy and gas chromatography, propylene glycol and ethylene glycol as main products, along with minor amounts of xylitol, glycerol, hydroxyacetone, and other by-products were identified. The 19Cu-Cr2O3/Al2O3 catalyst provides complete xylose conversion with productivities of 1.0 mmol/gcat/h for propylene glycol and 0.7 mmol/gcat/h for ethylene glycol. Lowering Cu content in Cu-Cr?O?/Al?O? catalyst resulted in decreasing its productivity. At 13 % Cu content, undesirable hydroxyacetone was observed. Noted, the catalyst exhibited consistent activity for 15 h in the methanol-water system, significantly exceeding the 8 h stability observed in 10 wt. % aqueous xylose solutions. This enhanced stability is attributed to improved hydrogen solubility and effective dissolution of intermediate products in the methanol-water mixture that prevents catalyst deactivation. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:36:05Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-830 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2026-02-08T08:11:46Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-8302025-12-26T08:56:50Z Hydrogenolysis of xylose to C2-C3 diols over Cu-Cr2O3/Al2O3 catalyst Гідрогеноліз ксилози до С2-С3 діолів на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі Horbaniuk, I.S. Trachevskiy, V.V. Brei , V.V. xylose hydrogenolysis propylene glycol ethylene glycol Cu-containing catalyst ксилоза гідрогеноліз пропіленгліколь етиленгліколь мідь-вмісний каталізатор This study is dedicated to the continuous-flow hydrogenolysis of xylose 10 wt. % solutions in a methanol-water mixture to produce ethylene glycol and propylene glycol over Cu-Cr2O3/Al2O3 catalyst. A series of catalyst samples with varying CuO loadings (13–19 wt. %) were synthesized through wet impregnation of ?-Al2O3 support followed by heat treatment at 350 °C for 4 hours and later reduction of CuO by H2 to metallic copper. Complete reduction of CuO to metallic copper was confirmed by X-ray diffraction analysis of samples. To investigate the acid-base characteristics of obtained catalysts, desorption mass spectrometry was used. Catalytic experiments were conducted in a stainless steel flow reactor with a fixed catalyst bed (4 cm3, ~2.3 g) under conditions of 180 °C, 4.0 MPa H2 pressure, and a catalyst load of 1.6 mmol C5H10O5/gcat/h. According to product analysis using 13C NMR spectroscopy and gas chromatography, propylene glycol and ethylene glycol as main products, along with minor amounts of xylitol, glycerol, hydroxyacetone, and other by-products were identified. The 19Cu-Cr2O3/Al2O3 catalyst provides complete xylose conversion with productivities of 1.0 mmol/gcat/h for propylene glycol and 0.7 mmol/gcat/h for ethylene glycol. Lowering Cu content in Cu-Cr?O?/Al?O? catalyst resulted in decreasing its productivity. At 13 % Cu content, undesirable hydroxyacetone was observed. Noted, the catalyst exhibited consistent activity for 15 h in the methanol-water system, significantly exceeding the 8 h stability observed in 10 wt. % aqueous xylose solutions. This enhanced stability is attributed to improved hydrogen solubility and effective dissolution of intermediate products in the methanol-water mixture that prevents catalyst deactivation. Дане дослідження присвячено гідрогенолізу ксилози у метанольно-водній суміші (10 мас. %) до етиленгліколю та пропіленгліколю в проточному режимі на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі. Серію зразків каталізаторів із різним вмістом CuO (13–19 мас. %) було синтезовано методом вологого просочення носія ?-Al2O3 з подальшою термічною обробкою при 350 °C протягом 4 годин та відновленням CuO воднем до металічної міді. Повне відновлення CuO до металічної міді було підтверджено рентгенівською дифракцією. Для дослідження кислотно-основних властивостей зразків каталізаторів було використано десорбційну мас-спектрометрію. Каталітичні експерименти проводили у проточному реакторі з нержавіючої сталі зі стаціонарним шаром каталізатора (4 см3, ~2.3 г) в умовах 180 °C, тиску H2 4.0 МПа та навантаження на каталізатор 1.6 ммоль C5H10O5/гкат/год. Згідно з аналізом продуктів методами 13C ЯМР спектроскопії та газової хроматографії, було ідентифіковано пропіленгліколь та етиленгліколь як основні продукти, разом з незначними кількостями побічних продуктів: ксиліту, гліцерину, гідроксиацетону, 1,2-бутандіолу та 1,2,4-бутантриолу. Каталізатор 19Cu-Cr2O3/Al2O3 забезпечує повну конверсію ксилози з продуктивністю за пропіленгліколем у 1.0 ммоль/гкат/год та 0.7 ммоль/гкат/год за етиленгліколем. Зниження вмісту Cu в каталізаторі Cu-Cr?O?/Al?O? призвело до зниження його продуктивності. При вмісті Cu 13 % спостерігався небажаний гідроксиацетон. Слід зауважити, що каталізатор стабільно працював протягом 15 годин у метанольно-водній системі, що значно перевищує 8 годин роботи на 10 % водних розчинах ксилози. Така підвищена стабільність пов’язана з покращеною розчинністю водню та ефективним розчиненням проміжних продуктів у метанольно-водній суміші, що запобігає дезактивації каталізатора. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2025-11-29 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/830 10.15407/hftp16.04.603 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 16 No. 4 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 603-608 Химия, физика и технология поверхности; Том 16 № 4 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 603-608 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 16 № 4 (2025): Хімія, фізика та технологія поверхні; 603-608 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp16.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/830/826 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | ксилоза гідрогеноліз пропіленгліколь етиленгліколь мідь-вмісний каталізатор Horbaniuk, I.S. Trachevskiy, V.V. Brei , V.V. Гідрогеноліз ксилози до С2-С3 діолів на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі |
| title | Гідрогеноліз ксилози до С2-С3 діолів на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі |
| title_alt | Hydrogenolysis of xylose to C2-C3 diols over Cu-Cr2O3/Al2O3 catalyst |
| title_full | Гідрогеноліз ксилози до С2-С3 діолів на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі |
| title_fullStr | Гідрогеноліз ксилози до С2-С3 діолів на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі |
| title_full_unstemmed | Гідрогеноліз ксилози до С2-С3 діолів на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі |
| title_short | Гідрогеноліз ксилози до С2-С3 діолів на Cu-Cr2O3/Al2O3 каталізаторі |
| title_sort | гідрогеноліз ксилози до с2-с3 діолів на cu-cr2o3/al2o3 каталізаторі |
| topic | ксилоза гідрогеноліз пропіленгліколь етиленгліколь мідь-вмісний каталізатор |
| topic_facet | xylose hydrogenolysis propylene glycol ethylene glycol Cu-containing catalyst ксилоза гідрогеноліз пропіленгліколь етиленгліколь мідь-вмісний каталізатор |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/830 |
| work_keys_str_mv | AT horbaniukis hydrogenolysisofxylosetoc2c3diolsovercucr2o3al2o3catalyst AT trachevskiyvv hydrogenolysisofxylosetoc2c3diolsovercucr2o3al2o3catalyst AT breivv hydrogenolysisofxylosetoc2c3diolsovercucr2o3al2o3catalyst AT horbaniukis gídrogenolízksilozidos2s3díolívnacucr2o3al2o3katalízatorí AT trachevskiyvv gídrogenolízksilozidos2s3díolívnacucr2o3al2o3katalízatorí AT breivv gídrogenolízksilozidos2s3díolívnacucr2o3al2o3katalízatorí |