En genanvendelig katalysator til syntese af estere

En kemiker fra RUDN University har udviklet en tinsilikatkatalysator til fremstilling af estere – smagsstoffer, blødgørere, og biobrændstofkomponenter. I modsætning til eksisterende katalysatorer, det nye materiale kan gøres aktivt igen og genbruges. Resultaterne er publiceret i tidsskriftet Mikroporøse og mesoporøse materialer .

Katalysatorer forbruges ikke i processen med kemiske reaktioner, alligevel er det i nogle tilfælde vanskeligt at adskille dem fra synteseaffaldet og genbruge dem. For eksempel, uorganiske syrekatalysatorer anvendes til esterificering, at opnå estere fra organiske syrer og alkohol. I dette tilfælde, det endelige reaktionsprodukt skal renses og affaldet bortskaffes, sammen med katalysatorerne, da det er dyrere at adskille dem til genbrug end at anskaffe nye.

En lovende løsning er faste katalysatorer baseret på tinioner aflejret på et porøst støttesubstrat. Dens "aktive centre" er placeret på overfladen:ioner, hvorpå der sker en kemisk omdannelse, for eksempel, dannelsen af ​​æter. Imidlertid, tinioner "vaskes ud" under brugen af ​​sådanne materialer, og de mister deres aktivitet. I øvrigt, der dannes en masse ubrugeligt tinoxid under fremstillingen af ​​katalysatoren, ud over ioner.

RUDN University kemiker Rafael Luque har udviklet en ny katalysatorproduktionsmetode, der resulterer i en porøs silikatmatrix med "indlejrede" tinioner (Sn) ₄ ⁺ ) holdt sammen af ​​stærke kemiske bindinger.

"Det muliggør design af meget aktive og selektive Sn-baserede materialer til syrekatalyserede processer - ikke kun til levulinsyreesterificering - som også kan genbruges, være meget stabil under moderate temperaturer og tryk, sagde Luque.

Mens de eksisterende metoder til fremstilling af sådanne katalysatorer involverer, at tin påføres en færdig porøs matrix af siliciumdioxid, professor Luque dannede katalysatoren "fra bunden". Siliciumdioxidsubstratet i hans eksperiment blev dannet af en precursor (tetraethoxysilan) i nærværelse af tin, på grund af hvilke tinioner blev indlejret i den kemiske struktur af substratet.

Undersøgelsen af ​​substratet ved hjælp af XPS (røntgenfotoelektronspektroskopi) viste, at en kemisk binding af siliciumoxid og tin (Si-O-Sn) faktisk blev dannet i katalysatoren.

Overfladearealet på 1 gram katalysator er betydeligt - det er 600 kvadratmeter. Da kemiske reaktioner forekommer på overfladen af ​​en katalysator, jo større overfladeareal, jo højere aktivitet. De fleste katalysatorer baseret på en siliciummatrix har et nyttigt areal to til tre gange mindre:omkring 200-300 kvadratmeter pr. gram.

Kemikere testede aktiviteten af ​​den nye katalysator i syntesen af ​​levulinsyreestere. Levulinsyre er et produkt af forarbejdning af kulhydrater som glucose og stivelse. Når det interagerer med alkoholer, danner det estere, som kan bruges som smagsstoffer, blødgørere, og komponenter af biobrændstoffer. Det viste sig, at den nye katalysator gør det muligt at opnå estere af levulinsyre med et maksimalt produktudbytte på 44 til 99 procent - tallet svarer til effektiviteten af ​​de mest almindeligt anvendte katalysatorer.

Ud over, Katalysatoren blev testet for genanvendelighed - eksperimentet viste, at dens aktivitet ikke faldt efter fem regenereringer.

"I princippet, brugen af ​​katalysatoren kan udvides til andre syrekatalyserede reaktioner, herunder isomeriseringer, etherifications, osv. til fremstilling af forbindelser af interesse til de finkemiske industrier (aromaer, lugtstoffer, lægemidler) og endda i den petrokemiske industri. Fordelene ved den foreslåede tilgang omfatter enkelhed, katalysatorens relativt billige karakter, genanvendelighed og stabilitet og alsidighed sammenlignet med andre tidligere implementerede, " bemærkede Luque.