Diphenyl ईथर के hydrodeoxygenation के लिए Pt/ CNTs उत्प्रेरक की अम्लता ट्यूनिंग
Summary
HNbWO6के संश्लेषण के लिए एक प्रोटोकॉल , HNbMoO6, HTaWO6 ठोस एसिड नैनोशीट संशोधित Pt/
Abstract
हम इसके साथ HNbWO6, HNbMOO6, HTaWO6 ठोस एसिड नैनोशीट संशोधित Pt/CNTs के संश्लेषण के लिए एक विधि प्रस्तुत करते हैं। विभिन्न ठोस एसिड नैनोशीट्स के वजन को अलग करके, विभिन्न ठोस एसिड रचनाओं के साथ Pt/xHMNO6/CNTs की एक श्रृंखला (x ] 5, 20 wt%; एम जेड एन बी, टा; एन जेड मो, डब्ल्यू) कार्बन नैनोट्यूब pretreatment, प्रोटोनिक विनिमय, ठोस एसिड छूटना, एकत्रीकरण और अंत में पीटी कणों गर्भाधान द्वारा तैयार किया गया है। Pt/xHMNO6/CNTs एक्स-रे विवर्तन, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और एनएच3-तापमान क्रमादेशित विशोषण द्वारा विशेषता है। अध्ययन से पता चला है कि HNBWO6 नैनोशीट CNTs पर संलग्न थे, नैनोशीट के कुछ किनारों के आकार में तुला जा रहा है के साथ. समर्थित पीटी उत्प्रेरकों की अम्ल शक्ति निम्नलिखित क्रम में बढ़ जाती है: Pt/CNTs और lt;Pt/5HNbWO6/CNTS/lt; Pt/20HNbMoO6/CNTS/lt; Pt/20HNbWO6/CNT; Pt/20HTaWO6/CNTs. इसके अलावा, लिग्निन व्युत्पन्न मॉडल यौगिक के उत्प्रेरक हाइड्रोकन्वर्जन: डिफेनिल ईथर संश्लेषित Pt/20HNbWO6 उत्प्रेरक का उपयोग कर जांच की गई है।
Introduction
रसायनों के निर्माण के लिए कई औद्योगिक प्रक्रियाओं में जलीय अकार्बनिक अम्ल का उपयोग शामिल होता है। एक विशिष्ट उदाहरण cyclohexane के जलयोजन के लिए पारंपरिक एच2SO4 प्रक्रिया cyclohexanol का उत्पादन है. इस प्रक्रिया में एक बाइफासिक प्रणाली शामिल है, जिसमें साइक्लोहेक्सेन कार्बनिक चरण में है और अम्लीय जलीय चरण में cyclohexanol उत्पाद है, इस प्रकार सरल आसवन द्वारा जुदाई प्रक्रिया मुश्किल बना रही है। जुदाई और वसूली में कठिनाई के अलावा, अकार्बनिक एसिड भी अत्यधिक विषाक्त और उपकरणों के लिए संक्षारक है। कभी-कभी, अकार्बनिक एसिड का उपयोग उपोत्पादों से उत्पन्न होता है जो उत्पाद की उपज को कम करेगा और इससे बचा जाना चाहिए। उदाहरण के लिए,एच2 SO4 का उपयोग करके 1,3-साइक्लोहेक्साडीईन का उत्पादन करने के लिए 2-साइक्लोहेक्सीन-1-ओल का निर्जलीकरण बहुलकीकरण उपोत्पाद1का नेतृत्व करेगा। इस प्रकार, कई औद्योगिक प्रक्रियाओं ठोस एसिड उत्प्रेरक का उपयोग करने की दिशा में बदलाव. विभिन्न पानी सहिष्णु ठोस एसिड उपरोक्त समस्या को हल करने के लिए और उत्पाद की पैदावार को अधिकतम करने के लिए उपयोग किया जाता है, इस तरह के एचजेडएसएम-5 और Amberlyst-15 के उपयोग के रूप में. उच्च सिलिका एचजेडएसएम-5 जिओलाइट का उपयोग बेंजीन2से साइक्लोहेक्सानॉल के उत्पादनमें एच 2 एसओ4 को प्रतिस्थापित करने के लिए दिखाया गया है। चूंकि zeolite तटस्थ जलीय चरण में मौजूद है, उत्पाद विशेष रूप से जैविक चरण के लिए जाना जाएगा, इस प्रकार जुदाई की प्रक्रिया को सरल बनाने. तथापि, लुईस अम्ल-आधार के कारण लूइस अम्ल स्थलों पर जल अणुओं का निर्माण होता है, जिओलाइटी पदार्थों ने अभी भी निष्क्रिय स्थलोंकीउपस्थिति के कारण निम्न चयनात्मकता का प्रदर्शन किया 3। इन सभी ठोस एसिड के अलावा, Nb2O5 सबसे अच्छा उम्मीदवारों है कि दोनों लुईस और Br$nsted एसिड साइटों होते हैं में से एक है. दब2ठ्ठ5 ंह2ठ 2 ठ की अम्लता 70% ज2SO4 विलयन के समतुल्य है, जो लेबल प्रोटॉनों की उपस्थिति के कारण है। ब्रैंस्टेड अम्लता, जो प्रोटोनिक जिओलाइट पदार्थों के बराबर है, बहुत अधिक है। यह अम्लता पानी उन्मूलन के बाद लुईस अम्लता के लिए बंद हो जाएगा. जल की उपस्थिति में, नब2हे5 चतुष्फलकीय नबO4-ह2हे अभिदाचार का रूप लेते हैं, जो लुईस अम्लता में कमी कर सकते हैं। तथापि, लुईस एसिड साइटों अभी भी प्रभावी रहे हैं के बाद से NbO4 tetrahedral अभी भी प्रभावी सकारात्मक आरोप4. इस प्रकार की घटना का ग्लूकोज के 5- (हाइड्रॉक्सीमेथिल) फुरल (एचएमएफ) में सफलतापूर्वक प्रदर्शितकिया गया है और पानी में टेट्रालिल टिन के साथ बेंजेल्डिहाइड का सहनिलन 5. जल-सहिष्णु उत्प्रेरक इस प्रकार अक्षय ऊर्जा अनुप्रयोगों में बायोमास रूपांतरण में महत्वपूर्ण हैं, खासकर जब रूपांतरण ऐसे पानी के रूप में पर्यावरण सौम्य सॉल्वैंट्स में प्रदर्शन कर रहे हैं.
कई पर्यावरण सौम्य ठोस एसिड उत्प्रेरक के अलावा, graphene का उपयोग कर कार्यात्मक कार्बन नैनो सामग्री, कार्बन नैनोट्यूब, कार्बन नैनोफाइबर, मेसोपोरस कार्बन सामग्री के कारण बायोमास की वीरता में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहा है टूनाबल पोर्सिटी, अत्यंत उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र, और उत्कृष्ट हाइड्रोफोबिकिटी6,7. सल्फोनीकृत डेरिवेटिव विशेष रूप से स्थिर और अत्यधिक सक्रिय प्रोटोनिक उत्प्रेरक सामग्री हैं। इन्हें या तो सल्फोनेटाकृत सुगंधित यौगिकों के अपूर्ण कार्बनीकरण द्वारा8 या अपूर्ण कार्बनीकृत शर्करा ओंकारकर तैयार किया जा सकताहै . वे बहुत कुशल उत्प्रेरक साबित हो गया है (उदाहरण के लिए, उच्च फैटी एसिड के esterification के लिए) गतिविधि के साथ तरल एच2SO4के उपयोग के लिए तुलनीय . Graphenes और CNTs एक बड़े सतह क्षेत्र के साथ कार्बन सामग्री, उत्कृष्ट यांत्रिक गुण, अच्छा एसिड प्रतिरोध, वर्दी pores आकार वितरण, साथ ही कोक जमा करने के लिए प्रतिरोध कर रहे हैं. सल्फोनेटग्राफीन को एथिल ऐसीटेट10 और द्विकार्यात्मक ग्राफीन उत्प्रेरक के हाइड्रोलिसिस को कुशलतापूर्वक उत्प्रेरित करने के लिए पाया गया है ताकि लेवल्लिनिक अम्ल के एक-पोट रूपांतरण को जेड-वेलारोऐक्टोन11की सुविधा मिल सके। CNTs पर समर्थित द्विकार्यात्मक धातुओं भी बायोमास रूपांतरण में आवेदन के लिए बहुत ही कुशल उत्प्रेरक हैं12,13 इस तरह के रूप में अत्यधिक चयनात्मक एरोबिक ऑक्सीकरण के रूप में HMF के 2,5-diformylfuran VOपर 2-diformylfuran/ उत्प्रेरक14|
Nb2O5 ठोस एसिड, functionalized CNTs और द्विकार्यात्मक धातु CNTs पर समर्थित के अद्वितीय गुणों का लाभ उठाते हुए, हम एक उच्च के साथ Nb (Ta) आधारित ठोस एसिड नैनोशीट संशोधित Pt/ एक नैनोशीट एकत्रीकरण विधि द्वारा सतह क्षेत्र। इसके अलावा, हम प्रदर्शन किया है कि Pt/20HNbWO6/CNTs, अच्छी तरह से dispersed पीटी कणों और मजबूत एसिड HNbWO6 नैनोशीट से व्युत्पन्न साइटों के synergistic प्रभाव का एक परिणाम के रूप में, सबसे अच्छा गतिविधि और परिवर्तित करने में चयनात्मकता प्रदर्शन लिग्निन व्युत्पन्न मॉडल हाइड्रोडिऑक्सीजन द्वारा ईंधन में यौगिकों.
Protocol
Representative Results
Discussion
नाइट्रिक एसिड के साथ CNTs के pretreatment विशिष्ट सतह क्षेत्र में वृद्धि करता है (एसशर्त) काफी. कच्चे सीएनटी का एक विशिष्ट सतह क्षेत्र103 उ 2/ग्राम होता है जबकि उपचार के बाद, सतह क्षेत्र को 134 उ2/ इसलिए, सीएन?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस पत्र में वर्णित कार्य को हांगकांग विशेष प्रशासनिक क्षेत्र, चीन (यूजीसी/एफडीएस25/ई09/17) की अनुसंधान अनुदान परिषद से अनुदान द्वारा पूर्ण रूप से समर्थित किया गया था। हम भी उत्प्रेरक चरित्र और उत्प्रेरक प्रदर्शन मूल्यांकन के लिए निश्चित बिस्तर रिएक्टर के लिए विश्लेषणात्मक उपकरणों प्रदान करने के लिए चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (21373038 और 21403026) को स्वीकार करते हैं। डॉ Hongxu Qi हांगकांग के अनुसंधान अनुदान परिषद द्वारा दी गई अनुसंधान सहायक पद के लिए धन्यवाद देना चाहूंगा (UGC/
Materials
| Carbon nanotubes (multi-walled) | Sigma Aldrich | 724769 | |
| Nitric acid (65%) | Sigma Aldrich | V000191 | |
| sulphuric acid (98%) | MERCK | 100748 | |
| Lithium carbonate (>99%) | Aladdin | L196236 | |
| Niobium pentaoxide (99.95%) | Aladdin | N108413 | |
| Tungsten trioxide (99.8%) | Aladdin | T103857 | |
| Molybdenum trioxide (99.5%) | Aladdin | M104355 | |
| Tantalum oxide (99.5%) | Aladdin | T104746 | |
| Chloroplatinic acid hexahydrate, ≥37.50% Pt basis | Sigma Aldrich | 206083 | |
| tetra (n-butylammonium) hydroxide 30-hydrate | Aladdin | D117227 | |
| Diphenyl ether, 98% | Aladdin | D110644 | |
| 2-Bromoacetophenone,98% | Aladdin | B103328 | |
| Diethyl ether,99.5% | Sinopharm | 10009318 | |
| n-Decane,98% | Aladdin | D105231 | |
| n-Dodecane,99% | Aladdin | D119697 | |
| Autoclave Reactor | CJF-0.05—0.1L (Dalian Tongda Equipment Technology Development Co., Ltd) | ||
| Tube furnace | SK2-1-10/12 (Luoyang Huaxulier Electric Stove Co., Ltd) |
References
- Jensen, J. L., Uaprasert, V., Fujii, C. R. Acid-Catalyzed Hydration of Dienes. 2. Changes in Activity Coefficient Ratios, Enthalpy, and Entropy as a Function of Sulfuric Acid Concentration. Journal of Organic Chemistry. 41 (10), 1675-1680 (1976).
- Ishida, H., Ono, M., Kaji, S., Watanabe, A. Synthesis of 1,3-Cyclohexadiene through Liquid Phase Dehydration of 2-Cyclohexen-1-ol in Aqueous Solution using Zeolite Catalyst. Nippon Kagaku Kaishi. 4, 267-275 (1997).
- Ishida, H. Liquid-phase hydration process of cyclohexene with zeolites. Catalysis Surveys from Japan. , 241-246 (1997).
- Ushikubo, T., Iizuka, T., Hattori, H., Tanabe, K. Preparation of highly acidic hydrated niobium oxide. Catalysis Today. 16, 291-295 (1993).
- Nakajima, K., et al. Nb2O5.nH2O as a heterogeneous catalyst with water-tolerant Lewis acid sites. Journal of the American Chemical Society. 133 (12), 4224-4227 (2011).
- Lam, E., Luong, J. H. T. Carbon Materials as Catalyst Supports and Catalysts in the Transformation of Biomass to Fuels and Chemicals. ACS Catalysis. 4 (10), 3393-3410 (2014).
- Sudarsanam, P., et al. Functionalised heterogeneous catalysts for sustainable biomass valorisation. Chemical Soceity Review. 47 (22), 8349-8402 (2018).
- Hara, M., et al. A carbon material as a strong protonic acid. Angewandte Chemie International Edition English. 43 (22), 2955-2958 (2004).
- Toda, M., et al. Biodiesel made with sugar catalyst. Nature. 438 (7065), (2005).
- Ji, J., et al. Sulfonated graphene as water-tolerant solid acid catalyst. Chemical Science. 2 (3), 484-487 (2011).
- Wang, Y., et al. Graphene-Based Metal/Acid Bifunctional Catalyst for the Conversion of Levulinic Acid to γ-Valerolactone. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 5 (2), 1538-1548 (2016).
- Ma, Q., et al. Catalytic depolymerization of lignin for liquefied fuel at mild condition by rare earth metals loading on CNT. Fuel Processing Technology. , 220-225 (2017).
- Rahzani, B., Saidi, M., Rahimpour, H. R., Gates, B. C., Rahimpour, M. R. Experimental investigation of upgrading of lignin-derived bio-oil component anisole catalyzed by carbon nanotube-supported molybdenum. RSC Advances. 7 (17), 10545-10556 (2017).
- Guo, Y., Chen, J. Bicomponent Assembly of VO2and Polyaniline-Functionalized Carbon Nanotubes for the Selective Oxidation of Biomass-Based 5-Hydroxymethylfurfural to 2,5-Diformylfuran. ChemPlusChem. 80 (12), 1760-1768 (2015).
- He, J., et al. Characterization of HNbMoO6, HNbWO6 and HTiNbO5 as solid acids and their catalytic properties for esterification reaction. Applied Catalysis A: General. , 145-152 (2012).
- Tagusagawa, C., Takagaki, A., Hayashi, S., Domen, K. Characterization of HNbWO6 and HTaWO6 Metal Oxide Nanosheet Aggregates As Solid Acid Catalysts. Journal of Physical Chemistry C. 113, 7831-7837 (2009).
- Niwa, M., Katada, N., Sawa, M., Murakami, Y. Temperature-Programmed Desorption of Ammonia with Readsorption Based on the Derived Theoretical Equation. Journal of Physical Chemistry. 99, 8812-8816 (1995).
- Leiva, K., et al. Conversion of guaiacol over supported ReOx catalysts: Support and metal loading effect. Catalysis Today. , 228-238 (2017).
- Deng, W., Liu, M., Tan, X., Zhang, Q., Wang, Y. Conversion of cellobiose into sorbitol in neutral water medium over carbon nanotube-supported ruthenium catalysts. Journal of Catalysis. 271 (1), 22-32 (2010).
- Huang, B., Huang, R., Jin, D., Ye, D. Low temperature SCR of NO with NH3 over carbon nanotubes supported vanadium oxides. Catalysis Today. 126 (3-4), 279-283 (2007).
- Takagaki, A., Tagusagawa, C., Hayashi, S., Hara, M., Domen, K. Nanosheets as highly active solid acid catalysts for green chemical syntheses. Energy & Environmental Science. 3 (1), 82-93 (2010).
- Hu, L. -. F., et al. Structure and photocatalytic performance of layered HNbWO6nanosheet aggregation. Journal of Nanophotonics. 9 (1), (2015).
- Geim, A. K. Graphene: Status and Prospects. Science. 324, 1530-1534 (2009).
- Golberg, D., et al. Boron Nitride Nanotubes and Nanosheets. ACS Nano. 4 (6), 2979-2993 (2010).
- Wilson, J. A., Yoffe, A. D. The transition metal dichalcogenides discussion and interpretation of the observed optical, electrical and structural properties. Advances in Physics. 18 (73), 193-335 (1969).
- Ma, R., Sasaki, T. Nanosheets of oxides and hydroxides: Ultimate 2D charge-bearing functional crystallites. Advanced Materials. 22 (45), 5082-5104 (2010).
- Pope, T. R., Lassig, M. N., Neher, G., Weimar Iii, R. D., Salguero, T. T. Chromism of Bi2WO6 in single crystal and nanosheet forms. Journal of Materials Chemistry C. 2 (17), 3223-3230 (2014).
- Yu, Y., et al. Controlled scalable synthesis of uniform, high-quality monolayer and few-layer MoS2 films. Scientific Reports. 3, 1866 (2013).
- Prasomsri, T., Shetty, M., Murugappan, K., Román-Leshkov, Y. Insights into the catalytic activity and surface modification of MoO3 during the hydrodeoxygenation of lignin-derived model compounds into aromatic hydrocarbons under low hydrogen pressures. Energy & Environmental Science. 7 (8), 2660-2669 (2014).
