Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2024
Идентификатор DOI: 10.14258/jcprm.20240415963
Ключевые слова: xylan, xylose, xylitol, catalysis, hydrolysis, hydrogenation, isopropanol, ruthenium, Sibunit-4, ксилан, ксилоза, ксилит, катализ, гидролиз, гидрирование, изопропанол, рутений, Сибунит-4
Аннотация: Одностадийное получение ксилита из ксилана представляется более экологически безопасным и экономически привлекательным, благодаря отсутствию промежуточных стадий очистки и подготовки сырья. Для данного процесса были синтезированы бифункциональные катализаторы, содержащие нанодисперсные частицы рутения (0.5-3%) на углеродном носителПоказать полностьюе Сибунит-4 с различной кислотностью (температура окисления 400-500 ;°С) и исследованы комплексом физико-химических методов. Отдельно рассмотрены реакции гидролиза ксилана и гидрирования ксилозы в присутствии Ru-содержащих углеродных катализаторов. Изучено влияние кислотности носителя Сибунит-4 и содержание рутения (0.5-3%) на выход продуктов гидролиза гемицеллюлозы и гидрирования моносахарида соответственно. Установлено, что наиболее активным в процессе гидролиза ксилана и гидрирования ксилозы является катализатор с содержанием рутения 2% и с температурой окисления углеродного носителя 450 ;°С, обеспечивающей максимальную кислотность носителя. В одностадийном процессе гидролиза-гидрирования ксилана в мономерные продукты в присутствии катализатора 2RuSib450 реакция гидролиза ксилана протекает медленнее, чем реакция гидрирования ксилозы, при этом образуется большое количество пропиленгликоля и этиленгликоля, указывающее на низкую селективность катализатора по отношению к ксилиту, выход которого не превышает 6 ;мас.%. В одностадийном процессе гидролиза-переноса водорода в комбинации H2SO4 и 2RuSib450 в растворе изопропанол-вода из ксилана был получен ксилит с высоким выходом (89 мас.%). Небольшое содержание H2SO4 (0.05 мас.%) позволяет проводить процессы в оборудовании из стандартной нержавеющей стали вместо коррозионностойких сплавов. One-pot production of xylitol from xylan seems to be more environmentally friendly and economically attractive due to the absence of intermediate stages of purification and preparation of raw materials. For this process, bifunctional catalysts containing nanodispersed ruthenium particles (0.5-3%) on the Sibunit-4 carbon support varied by different acidity (oxidized by moist-air at 400-500 ;°C) were synthesized and characterized. Xylan hydrolysis and xylose hydrogenation in the presence of Ru-containing carbon catalysts were considered individually. The effect of the Sibunit-4 support acidity and ruthenium content (0.5-3%) on the yield of hemicellulose hydrolysis and monosaccharide hydrogenation products, respectively, was studied. It was found that the most active catalyst in the process of xylan hydrolysis and xylose hydrogenation is the one with the support oxidized at 450 ;°C, providing the maximum acidity, and bearing 2 wt.% of Ru (2RuSib450). In the one-pot process of xylan hydrolysis-hydrogenation to monomers in the presence of the 2RuSib450 catalyst, the xylan hydrolysis reaction proceeds more slowly than the xylose hydrogenation reaction, with a large amounts of propylene glycol and ethylene glycol formed, indicating the low selectivity of the catalyst with respect to xylitol, the yield of which does not exceed 6 wt.%. In the one-pot process of hydrolysis-transfer hydrogenation with combination of H2SO4 and 2RuSib450 in an isopropanol-water medium, xylitol was obtained from xylan with a high yield (88 wt.%). The low amounts of H2SO4 allows the processes to be carried out in the standard stainless steel equipment instead of alloys with a high Ni content.
Журнал: Химия растительного сырья
Выпуск журнала: № 4
Номера страниц: 112-124
ISSN журнала: 10295151
Место издания: Барнаул
Издатель: Алтайский государственный университет, Сибирский государственный университет науки и технологий им. акад. М.Ф. Решетнева, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Красноярский научный центр СО РАН, Сибирский НИИ сельского хозяйства и торфа СО РАСХН, Сибирский федеральный университет, Национальный исследовательский Томский государственный университет