Catalytic dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural over Nb2O5 catalyst in organic solvent.
有機溶剤のNb2O5触媒の上の５‐ヒドロキシメチルフルフラールに対するフルクトースの触媒脱水。
2013-01-03
Key Laboratory of Applied Surface and Colloid Chemistry (SNNU), MOE, School of Chemistry and Chemical Engineering, Shaanxi Normal University, Xi'an 710062, China.
Abstract
The catalytic dehydration of fructose to 5-hydroxymethylfurfural (HMF) in DMSO was performed over Nb2O5 derived from calcination of niobic acid at various temperatures (300-700 °C). The catalysts were characterized by powder X-ray diffraction, N2 physical adsorption, temperature-programed desorption of NH3, n-butylamine titration using Hammett indicators, infrared spectroscopy of adsorbed pyridine, and X-ray photoelectron spectroscopy. It was found that both catalytic activity and surface acid sites decrease with increasing calcination temperatures. The Nb2O5 derived from calcination of niobic acid at 400 °C reveals the maximum yield of HMF among all the catalysts, although the amount of acid sites on the catalyst is lower than that on the sample calcined at 300 °C. The results suggest that the presence of larger amounts of strong acid sites on the surface of the Nb2O5 calcined at 300 °C may promote side reactions. The Nb2O5 prepared at 400 °C shows 100% fructose conversion with 86.2% HMF yield in DMSO at 120 °C after 2 h. The activity of the catalyst decreases gradually during recycle because of coke deposition; however, it can be fully recovered by calcination at 400 °C for 2 h, suggesting that this catalyst is of significance for practical applications.
触媒は粉Ｘ線回折、N2物理吸着、NH3の体温をプログラムされた脱着によって特徴づけられた。
そして、n-ブチルアミン滴定がハメット指標、吸着されたピリジンの赤外分光分析とＸ線光電子分光を使用した。
触媒活性と表面酸性の部位がか焼体温を上昇させることで減少することが判明した。
400℃でニオブ酸のか焼に由来するNb2O5はすべての触媒の間でHMFの最大収率を現す、しかし、結果がそれにNb2O5の表面の上のより大きい量の強酸部位の存在が300℃でか焼したことを示唆する300°C.でか焼される検体のそれが横の反応を促進する可能性があるより、触媒の酸性の部位の量は低い。
400℃で調製されるNb2O5は、2時間後に120℃でDMSOで86.2%のHMF収率で100%のフルクトース転換を示す。
触媒の活性は、コークス堆積のため、リサイクルの間、段階的に減少する;しかしながら、それは2時間400℃でか焼によって完全に回復されることができる。
そして、この触媒が実用的なアプリケーションのために有意性のことを示唆する。