ОХНМНефтехимия Petroleum Chemistry

  • ISSN (Print) 0028-2421
  • ISSN (Online) 3034-5626

ВЛИЯНИЕ КИСЛОТНОСТИ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ВЫХОД 1-БУТАНОЛА В РЕАКЦИИ САМОКОНДЕНСАЦИИ ЭТАНОЛА

Код статьи
S30345626S0028242125040057-1
DOI
10.7868/S3034562625040057
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Том/ Выпуск
Том 65 / Номер выпуска 4
Страницы
318-329
Аннотация
Изучены закономерности превращения этанола в 1-бутанол в присутствии медкодержащих катализаторов на основе различных носителей. Выявлено, что немодифицированные носители малоактивны в реакции самоконденсации этанола — конверсия исходного субстрата не превышала 4% при селективности не более 0,9%. Продемонстрировано влияние кислотности каталитических систем на их активность в превращении этанола. Методом ТПД-аммиака были обнаружены три основные области кислотности: низкая кислотность (значение десорбции аммиака менее 50 мкмоль аммиака/г), при котором выход 1-бутанола не превышает 2%; оптимальная область (значение десорбции аммиака 50—400 мкмоль аммиака/г) с выходом 1-бутанола до 28,5%; повышенная кислотность (значение десорбции аммиака более 400 мкмоль аммиака/г) — с выходом 1-бутанола 5–9%. Сравнительный анализ различных подходов к формированию катализаторов демонстрирует преимущество пропитки по влагоемкости, как наиболее перспективного метода.
Ключевые слова
этанол 1-бутанол медь щелочные металлы щелочноземельные металлы носители соосаждение пропитка самоконденсация кислотность
Дата публикации
12.08.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
20

Библиография

  1. 1. Tse T.J., Wiens D.J., Chicilo F., Purdy S.K., Reaney M.J. Value-added products from ethanol fermentation — A review // Fermentation. 2021. V. 7. № 4. ID 267. https://doi.org/10.3390/fermentation7040267
  2. 2. Segal D., Bale A.S., Phillips L.J., Sasso A., Schlosser P.M., Starkey C., Makris S.L. Issues in assessing the health risks of n-butanol // J. Appl. Toxicol. 2020. V. 40. № 1. P. 72–86. https://doi.org/10.1002/jat.3820
  3. 3. Garcia-Hernández A.E., Segovia-Hernández J.G., Sánchez-Ramírez E., Zarazúa G.C., Araujo I.F.H., Quiroz-Ramírez J.J. Sustainable aviation fuel from butanol: a study in optimizing economic and environmental impact through process intensification // Chem. Eng. Process.— Process Intensif. 2024. V. 200. ID 109769. https://doi.org/10.1016/j.cep.2024.109769
  4. 4. Torres G.M., Frauenlob R., Franke R., Börner A. Production of alcohols via hydroformylation // Catal. Sci. Technol. 2014. V. 5. № 1. P. 34–54. https://doi.org/10.1039/c4c901131g
  5. 5. Lin Z., Cong W., Zhang J. Biobutanol production from acetone–butanol–ethanol fermentation: developments and prospects // Fermentation. 2023. V. 9. № 9. ID 847. https://doi.org/10.3390/fermentation9090847
  6. 6. Травень В.Ф. Органическая химия. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. 401 с.
  7. 7. Николаев С.А., Чистяков А.В., Жарова П.А., Цойлков М.В., Кронова И.Н., Эзжеленко Д.И. Синергетический эффект золота и меди в превращении этанола в линейные α-спирты // Нефтехимия. 2016. T. 56. № 5. C. 502–508. https://doi.org/10.7868/S0028242116050130 [Nikolaev S.A., Chistyakov A.V., Zharova P.A., Tsodikov M.V., Krotova I.N., Ezgelenko D.I. Synergistic effect of gold and copper in the catalytic conversion of ethanol to linear α-alcohols // Petrol. Chemistry. 2016. V. 56. № 5. P. 730–737. http://dx.doi.org/10.1134/S0965544116080120]
  8. 8. Faba L., Cueto J., Portillo M.A., Villanueva-Perales A.L., Vidal-Barrero F., Ordóñez S. Understanding the formation of higher alcohols in the liquid-phase ethanol condensation over copper-loaded hydrotalcite-derived mixed oxides // Catal. Today. 2023. V. 423. ID 114297. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2023.114297
  9. 9. Lee J., Lin K.Y.A. Bio-butanol production on heterogeneous catalysts: a review // J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 2024. V. 157. ID 105421. https://doi.org/10.1016/j.jitce.2024.105421
  10. 10. Choi H., Han J., Lee J. Renewable butanol production via catalytic routes // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2021. V. 18. № 22. ID 11749. https://doi.org/10.3390/jierph182211749
  11. 11. Dai J., Zhang H. Recent advances in selective C–C bond coupling for ethanol upgrading over balanced Lewis acid-base catalysts // Sci. China Mater. 2019. V. 62. P. 1642–1654. https://doi.org/10.1007/s40843-019-9454-x
  12. 12. Li S., Han X., An H., Zhao X., Wang Y. Повышение стабильности Ni/TiO-катализаторов в реакции конденсации этанола Гербе: влияние второго металлического компонента // Кинетика и каталия. 2021. T. 62. № 5. C. 581–590. https://doi.org/10.31857/S0453881121050026 [Li S., Han X., An H., Zhao X., Wang Y. Improving the catalytic stability of Ni/TiO for ethanol Guerbet condensation: influence of second metal component // Kinet. Catal. 2021. V. 62. № 5. P. 632–640. https://doi.org/10.1134/S0023158421050025]
  13. 13. Wu X., Fang G., Tong Y., Jiang D., Liang Z., Leng W., Liu L., Tu P., Wang H., Ni J., Li X. Catalytic upgrading of ethanol to n-butanol: Progress in catalyst development // ChemSusChem. 2018. V. 11. № 1. P. 71–85. https://doi.org/10.1002/cssc.201701590
  14. 14. Николаева С.А., Багданов Р.А., Чистяков А.В., Цойлов М.В. Влияние модификатора M (M = Ca, Sr, Ba) на селективность катализаторов Pd–Cu/Mo/AlO в конверсии этанола в бутанол-1 // Кинетика и каталия. 2024. T. 65. № 6. C. 646–658. https://doi.org/10.31857/S0453881124060055
  15. 15. Molina-Ramirez S., Cortés-Reyes M., Herrera C., Larrubia M.A., Alemany L.J. Catalytic upgrading of ethanol to n-butanol over a novel Ca-Fe modified mixed oxide Mg-Al catalyst from hydrotalcite-base precursor // Catal. Today. 2022. V. 394–396. P. 365–375. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2021.07.029
  16. 16. Chistyakov A.V., Zharova P.A., Nikolaev S.A., Tsodikov M.V. Direct Au-Ni/AlO catalysed cross-condensation of ethanol with isopropanol into pentanol-2 // Catal. Today. 2017. V. 279. Pt. 1. P. 124–132. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2016.06.016
  17. 17. Николаев С.А., Чистяков А.В., Чистякова П.А., Эзжеленко Д.И., Либерман Е.Ю., Конькова Т.В., Цойлов М.В. Влияние носителя на формирование и активность золотосодержащих катализаторов конверсии этанола в бутанол // Нефтехимия. 2021. T. 61. № 4. C. 504–519. http://dx.doi.org/10.31857/S002824211040067 [Nikolaev S.A., Chistyakov A.V., Chistyakov P.A., Ezhelenko D.I., Liberman E.V., Konkova T.V., Tsodikov M.V. Effects of support on the formation and activity of gold catalysts for ethanol conversion to butanol // Petrol. Chemistry. 2021. V. 61. № 7. P. 748–761. http://dx.doi.org/10.1134/s0965544121050145]
  18. 18. Siqueira M.R., Perrone O.M., Metzker G., de Oliveira Lisboa D.C., Thomeo J.C., Boscolo M. Highly selective 1-butanol obtained from ethanol catalyzed by mixed metal oxides: Reaction optimization and catalyst structure behavior // Mol. Catal. 2019. V. 476. ID 110516. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2019.110516
  19. 19. Rubio-Rueda J.A., Quevedo-Hernandez J.P., López M.B., Galindo J.F., Hincapic-Trivino G. Mg/Al and Cu-Mg/Al mixed oxides derived from hydrotalcites as catalysts to produce 1-butanol from ethanol // Mol. Catal. 2024. V. 569. Art. ID 114528. https://doi.org/10.1016/j.mcat.2024.114528
  20. 20. Hanspal S., Young Z.D., Prillaman J.T., Davis R.J. Influence of surface acid and base sites on the Guerbet coupling of ethanol to butanol over metal phosphate catalysts // J. Catal. 2017. V. 352. P. 182–190. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2017.04.036
  21. 21. Pinzón M., Cortés-Reyes M., Herrera C., Larrubia M.A., Alemany L.J. Ca-based bifunctional acid–basic model-catalysts for -butanol production from ethanol condensation // Biofuels Bioprod. Biorefin. 2021. V. 15. № 1. P. 218–230. https://doi.org/10.1002/bbb.2155
  22. 22. Olesse R., Bettahar M.M. Thermodynamics conditions for Guerbet ethanol reaction // MATEC Web of Conf. 2013. V. 3. ID 01060. https://doi.org/10.1051/matecconf/20130301060
  23. 23. Ohligschläger A., van Staalduinen N., Cormann C., Mühlhans J., Wurm J., Liauw M.A. The Guerbet reaction network—a ball-in-a-maze-game or why Ru-MACHO-BH is poor in coupling two ethanol to -butanol // Chemistry–Methods. 2021. V. 1. № 4. P. 181–191. http://dx.doi.org/10.1002/cmtd.202100026
  24. 24. Frolich K., Malina J., Häjek M., Mück J., Koch J. The utilization of bio-ethanol for production of 1-butanol catalysed by Mg-Al mixed metal oxides enhanced by Cu or Co // Clean Techn. Environ. Policy. 2024. V. 26. № 1. P. 79–92. https://doi.org/10.1007/s10098-023-02581-5
  25. 25. Kowalska-Kuš J., Held A., Nowitska K., Góra-Marek K. LTA zeolites as catalysts for transesterification of glycerol with dimethyl carbonate // Fuel. 2024. V. 362. Art. ID 130757. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.130757
  26. 26. Chen W., Song G., Lin Y., Qiao J., Wu T., Yi X., Kawi S. Synthesis and catalytic performance of Linde-type A zeolite (LTA) from coal fly ash utilizing microwave and ultrasound collaborative activation method // Catal. Today. 2022. V. 397–399. P. 407–418. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2021.07.022
  27. 27. Mittal H., Al Allii A., Alhasan S.M., Susantyoko R.A. Zeolites and superporous hydrogels-based hybrid composites as solid desiccants to capture water vapors from humid air // Micropor. Mesopor. Mater. 2022. V. 342. ID 112116. https://doi.org/10.1016/j.micromeco.2022.112116
  28. 28. Seejandee P., Osakoo N., Sereeratanakorn P., Krukkratoke P., Keawkumay C., Pansakdanon C., Wittayakun J., Chanlek N., Deekamwong K., Prayoonpokarach S. Comparison of potassium catalysts on zeolite sodium A and X in transesterification of palm oil and active species specification // Heliyon. 2024. V. 10. № 16. ID e35975. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e35975
  29. 29. Ishitani H., Furiya Y., Kobayashi S. Continuous-flow synthesis using a column reactor packed with heterogeneous catalysts: A convenient production of nitroolefins by using amino-functionalized silicagel // Bioorg. Med. Chem. 2017. V. 25. № 23. P. 6229–6232. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2017.04.017
  30. 30. Chistyakov A.V., Nikolaev S.A., Zharova P.A., Tsodikov M.V., Manenti F. Linear α-alcohols production from supercritical ethanol over Cu/AlO catalyst // Energy. 2019. V. 166. P. 569–576. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.10.071
  31. 31. Dasireddy V.D., Štefančić N.S., Likozar B.Z. Correlation between synthesis pH, structure and Cu/MgO/AlO heterogeneous catalyst activity and selectivity in CO hydrogenation to methanol // J. CO Util. 2018. V. 28. P. 189–199. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2018.09.002
  32. 32. Nikolaev S.A., Tsodikov M.V., Chistyakov A.V., Zharova P.A., Ezgelenko D.I. The activity of mono- and bimetallic gold catalysts in the conversion of sub and supercritical ethanol to butanol // J. Catal. 2019. V. 369. P. 501–517. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2018.11.017
  33. 33. Phung T.K. Copper-based catalysts for ethanol dehydrogenation and dehydrogenative coupling into hydrogen, acetaldehyde and ethyl acetate // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 100. P. 42234–42249. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.11.253
  34. 34. Keyvanloo K., Horton J.B., Hecker W.C., Argyle M.D. Effects of preparation variables on an alumina-supported FeCuK Fischer–Tropsch catalyst // Catal. Sci. Technol. 2014. V. 4. № 12. P. 4289–4300. http://dx.doi.org/10.1039/C4CY00510D
  35. 35. Golbad S., Khoshnoud P., Abu-Zahra N. Synthesis of 4A zeolite and characterization of calcium-and silver-exchanged forms // J. Miner. Mater. Charact. Eng. 2017. V. 5. № 5. P. 237–251. http://dx.doi.org/10.4236/jmmce.2017.55020
  36. 36. Upasen S., Sarunchot G., Srira-ngan N., Poo-arporn Y., Waitanachai P., Praserthdam P., Ngadrakamwiwa P., Panprand J., Soisawan S. What if zeolite LTAAA and zeolite LTASA used as Nickel catalyst supports for recycling carbon dioxide to green fuel methane // J. CO Util. 2022. V. 55. ID 101803. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2021.101803
  37. 37. Drömer J., Bijerch K., Hausoul P., Palkovits R., Eisenacher M. High-temperature-treated LTX zeolites as heterogeneous. Catalysts for the hock cleavage // Catalysts. 2023. V. 13. № 1. ID 202. https://doi.org/10.3390/catal13010202
  38. 38. Topuyono B.T., Kayemosa M.M. Исследование сорбции аммиака силикагелями разной пористости // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т. 6. № 11. С. 19–21.
  39. 39. Tanaka R., Ogino I., Mukai S.R. Synthesis of Mg-Al mixed oxides with markedly high surface areas from layered double hydroxides with organic sulfonates // ACS Omega. 2018. V. 3. № 12. P. 16916–16923. http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.8b02557
  40. 40. Wu Y., Li C., Bai J., Wang J. The fabrication of porous 4A-zeolite-supported Ag nanoparticles catalysts and its catalytic activity for styrene epoxidation // Results Phys. 2017. V. 7. P. 1616–1622. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2017.04.035
  41. 41. Ikeda A., Abe C., Matsuura W., Hasegawa Y. Development of methanol permselective FAU-type zeolite membranes and their permeation and separation performances // Membranes. 2021. V. 11. № 8. ID 627. https://doi.org/10.3390/membranes11080627
  42. 42. Дубинин М.М. Физико-химические основы сорбционной техники. М.; Л.: Госхимтехиздат, 1932. 382 с.
  43. 43. Fernández-Ropero A.J., Zawadzki B., Kowalewski E., Pieta I.S., Krawczyk M., Matus, K., Lisovyskiy D., Šrębowaia A. Continuous 2-methyl-3-butyn-2-ol selective hydrogenation on Pd/v-AlO as a green pathway of vitamin A precursor synthesis // Catalysts. 2021. V. 11. № 4. ID 501. https://doi.org/10.3390/catal11040501
  44. 44. Yan T., Bing W., Xu M., Li Y., Yang Y., Cui G., Yang L., Wei M. Acid–base sites synergistic catalysis over Mg–Zr–Al mixed metal oxide toward synthesis of diethyl carbonate // RSC Adv. 2018. V. 8. № 9. P. 4695–4702. https://doi.org/10.1039/C7RA13629C
  45. 45. Moura P.A.S., Ferracine E.D.S., Rodriguez-Aguado E., Maia D.A.S., Melo D.C., Valencia S., Cardoso D., Rey F., Bastos-Neto M., Rodriguez-Castellon E., Azevedo D.C.S. Assessment of the stability of LTA zeolites under natural gas drying TSA conditions // Catal. Today. 2024. V. 427. ID 114410. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2023.114410
  46. 46. Gordina N.E., Borisova T.N., Khvagin K.S., Astrakhantseva I.A., Ilyin A.A., Rumyantsev R.N. Investigation of NH desorption kinetics on the LTA and SOD zeolite membranes // Membranes. 2022. V. 12. № 2. ID 147. https://doi.org/10.3390/membranes12020147
  47. 47. Лидин Р.А., Малочко В.А., Андреева Л.Л. Химические свойства неорганических веществ. М.: ИНФРА–М, 2019. 480 с.
  48. 48. Jabłońska M., Palkovits R. Copper based catalysts for the selective ammonia oxidation into nitrogen and water vapour – Recent trends and open challenges // Appl. Catal. B: Environ. 2016. V. 181. P. 332–351. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2015.07.017
  49. 49. Hung C.M. Cordierite-supported Pt–Pd–Rh ternary composite for selective catalytic oxidation of ammonia // Powder Technol. 2010. V. 200. № 1–2. P. 78–83. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2010.02.014
  50. 50. Fabrizioli P., Burgi T., Baiker A. Environmental catalysis on iron oxide–silica aerogels: Selective oxidation of NH and reduction of NO by NH // J. Catal. 2001. V. 206. № 1. P. 143–154. https://doi:10.1006/jcat.2001.3475
  51. 51. Scheuer A., Votsmeier M., Schuler A., Gieshoff J., Drochner A., Vogel H. NH-Slip catalysts: experiments versus mechanistic modelling // Top. Catal. 2009. V. 52. P. 1847–1851. http://dx.doi.org/10.1007/s11244-009-9351-9
  52. 52. Chmielarz L., Jabłońska M., Strumiński A., Piwowarska Z., Wegrzyn A., Witkowski S., Michalik M. Selective catalytic oxidation of ammonia to nitrogen over Mg-Al, Cu-Mg-Al and Fe-Mg-Al mixed metal oxides doped with noble metals // Appl. Catal. B: Environ. 2013. V. 130–131. P. 152–162. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2012.11.004
  53. 53. Liang C., Li X., Qu Z., Tade M., Liu S. The role of copper species on Cu/v-AlO catalysts for NH-SCO reaction // Appl. Surf. Sci. 2012. V. 258. № 8. P. 3738–3743. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.12.017
  54. 54. Lenihan S., Curtin T. The selective oxidation of ammonia using copper-based catalysts: The effects of water // Catal. Today. 2009. V. 145. № 1–2. P. 85–89. http://dx.doi.org/10.1016/j.cattod.2008.06.017
  55. 55. Reed J.L. Hard and soft acids and bases: structure and process / J. Phys. Chem. A. 2012. V. 116. № 26. P. 7147–7153. https://doi.org/10.1021/jp301812j
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека