Difenil Eterhidrodeoksijenasyonu için Pt/ CNTs Katalizörlerinin Asitliğini Değiştirme

Kimyasalların üretimi için birçok endüstriyel süreçler sulu inorganik asit kullanımını içerir. Tipik bir örnek siklohektan üretmek için sikloheksant hidrasyon için geleneksel H₂SO₄ sürecidir. Süreç bifazik bir sistem içerir, sikloheksanin organik fazda olmak ve sikloheksanol ürün asidik sulu fazda olmak, böylece basit damıtma ile ayırma işlemi zor hale. Ayrıştırma ve geri kazanımda güçlük dışında, inorganik asit de son derece toksik ve ekipman için aşındırıcı. Bazen, inorganik asit kullanımı ürün verimini düşürecek ve kaçınılması gereken yan ürünler üretir. Örneğin, H_{2 SO4} kullanarak 1,3-sikloheksadien üretmek için 2-sikloheksen-1-ol dehidratasyon polimerizasyon^yan1 yol açacaktır. Böylece, birçok endüstriyel süreçler katı asit katalizörler kullanarak doğru kayması. Yukarıdaki problemi çözmek ve HZSM-5 ve Amberlyst-15 gibi ürün verimlerini en üst düzeye çıkarmak için çeşitli suya dayanıklı katı asitler kullanılır. Yüksek silika HZSM-5 zeolit kullanımı^benzen2 siklohektanol üretiminde H₂SO₄ yerine gösterilmiştir. Zeolit nötr sulu fazda bulunduğundan, ürün sadece organik faza geçerek ayırma işlemini basitleştirir. Ancak, Lewis asit sitelerine su moleküllerinin Lewis asit-baz adduct oluşumu nedeniyle, zeolitik malzemeler hala inaktif sitelerin varlığı nedeniyle daha düşük seçicilik gösterdi³. Tüm bu katı asitler arasında, Nb₂O₅ lewis ve BrØnsted asit siteleri içeren en iyi adaylardan biridir. Nb₂O₅nH₂O'nun asitliği, labile protonların varlığından dolayı %70 H₂SO₄ çözeltisine eşdeğerdir. Protonik zeolit malzemelerle karşılaştırılabilir olan BrØnsted asitliği çok yüksektir. Bu asitlik su eliminasyonu ndan sonra Lewis asitliğine dönüşecek. Su varlığında, Nb₂O₅ Lewis asitliği azalabilir tetrahedral NbO₄-H₂O adducts oluşturur. Ancak, Lewis asit siteleri hala NbO₄ tetrahedral hala etkili pozitif yükleri⁴beri etkilidir. Bu fenomen glikozun 5-(hidroksimetil)furfural (HMF) içine dönüştürülmesi ve suda tetraallyl tin ile benzaldehit alylamasyonu başarıyla gösterilmiştir⁵. Bu nedenle, yenilenebilir enerji uygulamalarında biyokütle dönüşümünde suya dayanıklı katalizörler, özellikle de su gibi çevresel iyi huylu çözücülerde dönüşümler yapıldığında çok önemlidir.

Birçok çevresel iyi huylu katı asit katalizörler arasında, grafen, karbon nanotüpler, karbon nanofibers, mesoporous karbon malzemeleri kullanarak fonksiyonel karbon nanomalzemeler nedeniyle biyokütle nin değerleme önemli bir rol oynamaktadır tunable gözeneklilik, son derece yüksek spesifik yüzeyalanı, ve mükemmel hidrofobiklik 6,⁷. Sülfonatlı türevleri özellikle kararlı ve son derece aktif protonik katalitik malzemelerdir. Onlar ya sülfonate aromatik bileşiklerin tamamlanmamış karbonizasyon tarafından hazırlanabilir⁸ veya tamamen karbonize şekerlerin sülfonasyon⁹. Onlar çok verimli katalizörler olduğu kanıtlanmıştır (örneğin, yüksek yağ asitlerinin esterülmesi için) aktivite sıvı H₂SO₄kullanımı ile karşılaştırılabilir. Grafenler ve CNT'ler geniş yüzey alanına sahip karbon malzemelerdir, mükemmel mekanik özellikleri, iyi asit direnci, düzgün gözenek boyutu dağılımları, yanı sıra kok birikimine karşı direnç. Sülfonatlı grafen verimli etil asetat hidroliz katalize bulunmuştur¹⁰ ve iki fonksiyonlu grafen katalizörler γ-valerolactone için levullinik asit tek pot dönüşüm kolaylaştırmak için bulunmuştur¹¹. CNT'lerde desteklenen bifonksiyonel metaller de biyokütle dönüşümünde uygulamaiçin çok verimli katalizörler 12^,13 HMF son derece seçici aerobik oksidasyon gibi 2,5-diformylfuran VO üzerinde- PANI / CNT katalizör¹⁴.

Nb₂O₅ katı asit, fonksiyonel CNT'ler ve cnt'lerde desteklenen çift fonksiyonlu metalin benzersiz özelliklerinden yararlanarak, yüksek bir pt/cnt sisiyle modifiye edilmiş Bir dizi Nb(Ta) tabanlı katı asit nanosheet sentezine ilişkin protokolü rapor ediyoruz. bir nanosheet toplama yöntemi ile yüzey alanı. Ayrıca, Pt/20HNbWO₆/CNTs, iyi dağılmış Pt parçacıkları ve HNbWO₆ nanosheets türetilen güçlü asit sitelerinin sinerjik etkisi nin bir sonucu olarak, dönüştürme en iyi aktivite ve seçicilik sergilemek gösterdi hidrodeoksijenasyon ile yakıtlara lignin türetilmiş model bileşikler.

DİkKAT: Bu makalede açıklanan kimyasalların doğru işleme yöntemleri, özellikleri ve toksisiteleri için ilgili malzeme güvenlik veri sayfalarına (MSDS) bakın. Kullanılan kimyasalların bazıları toksik ve kanserojendir ve özel bakım alınmalıdır. Nanomalzemeler potansiyel olarak güvenlik tehlikeleri ve sağlık etkileri oluşturabilir. Teneffüs ve cilt temasından kaçınılmalıdır. Duman kaputunda katalizör sentezi ve otoklav reaktörleri ile katalizör performans değerlendirmesi gibi güvenlik önlemleri alınmalıdır. Kişisel koruyucu ekipman giyilmelidir.

1. CNTs'nin Ön Muamelesi¹³

1. 100 mL'lik bir kabın içine 1,0 g CNT'yi 50 mL nitrik asit batırın.
2. Yüzey kirlerini gidermek ve katalizörün demirleme etkisini artırmak için çözeltiyi 25 °C'de 1,5 saat boyunca sonicate edin.
3. Çözeltiyi 100 mL yuvarlak alt şişeye aktarın.

X-ışını kırınım desenleri (XRD) öncül LiNbWO6 ve ilgili proton-exchanged katalizör örnek HNbWO6 için faz belirlemek için çalışılmıştır (Şekil1 ve Şekil2). NH3-sıcaklık programlanmış desorpsiyon (NH3-TPD) katalizör numunelerinin yüzey asitliğini araştırmak için kullanıldı (Şekil3). Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile X-ışını mikroanalizi ve iletim elektron mikroskobu (TEM) morfolojisinin incelenmesi için kaydedilmiştir (Şekil 4 ve Şekil 5). Hazırlanaçlar için özel yüzey alanı ölçümleri de kaydedilmiştir (Tablo1).

Öncül LiNbWO 6'nın XRD deseni ve karşılık gelen proton değişimi katalizör örnekleri HNbWO6 Şekil1'de gösterilmiştir. 20 = 9.5°, 26.9° ve 34.7°'de üç belirgin kırınım zirvesi vardır. Bu iyi sıralanmış katmanlı bir yapıyı temsil eder ve LiNbWO6 (JCPDS 84-1764) için gözlenen tetragonal ortohombik faz ile iyi bir uyum içindedir. Sulu nitrik solüsyon kullanılarak proton değişim reaksiyonundan sonra, HNbWO 6'da (JCPDS 41-0110) gözlenen desenlerle aynı fikirde olan 20 = 6.8° de kırınım tepe noktası gözlendi. Bu tepenin varlığı katmanlı bir yapının varlığını gösterir. Tabaka tetrabutil amonyum hidroksit (TBAOH) ile eksfoliyasyon yapıldıktan ve nitrik asit agregasyonu ile CNT'lerle karıştırıldıktan sonra XRD deseni açıkça değiştirildi. 2000 = 25,6°'deki karakteristik XRD zirvesi C(002'ye) atfedilirken, 200 = 26,4° ve 37,9° deki zirveler Sırasıyla HNbWO6 nanosheets'un (110) ve (200) kafes düzlemine atfedildi. Şekil2'de görüldüğü gibi, kırınım tepe yoğunluğu HNbWO6 nanosheets artan içeriği ile güçlendirdi. Peeling sonrası kırınım 20 = 6.8° tepe noktası neredeyse tamamen yok oldu. Bu, katmanlı bileşiklerin tamamen nanosheet yapısına dönüştüğünü göstermiştir16. 20 = 39.8° deki kırınım tepesi Pt(111) kafes düzlemine atandı.

TEM, hazırlanabilen katalizörlerin Pt partiküllerinin boyut dağılımını gözlemlemek için kullanılabilir. Pt parçacıkları CNT'lerde eşit olarak dağıtıldı. Her numunede 20-40 Pt parçacıklar sayarak ortalama boyutu yaklaşık 3-5 nm olarak belirlenir. HNbWO6 nanosheets monolayers CNTs, nanosheets bazı kenarları şeklinde bükülmüş olan bağlı idi.

Pt/20HNbWO6/CNTs (Şekil4a)sem ve katalizörlerin farklı unsurlarının karşılık gelen elementharitalama analizi Şekil 4b-4f'degösterilmiştir. Analiz doğrudan Pt parçacıklarının dağılımını gösterdi. Bu ayrıca Pt parçacıklarının yanı sıra Nb ve W elementlerinin katalizörlerin yüzeyine eşit bir şekilde dağıldığını göstermiştir.

NH3-TPD tekniği kullanılarak farklı katalizörlerin asitliği karşılaştırılabilir. Pt/CNTs, Pt/5HNbWO6/CNTs, Pt/20HNbWO6/CNTs, Pt/20HNbMoO6/CNTs ve Pt/20HTaWO6/CNTs katalizörlerinin desorpsiyon profilleri asit mukavemetinin karşılaştırılması için Şekil 5'te gösterilmiştir. Bu katalizörler üzerinde asit sitelerinin konsantrasyonu doğrudan zirveleri altında alan ile ilgili olduğu bilinmektedir asit sitelerinin gücü NH sırasında sıcaklık ile ilgili iken3 desorption17. Genellikle asitlik sırası şöyledir: zayıf asit siteleri (<300 °C), orta asit siteleri (300°C ile 500 °C arasında) ve güçlü asit siteleri (>500 °C)18. Tüm nanosheet modifiye katalizörler 210 °C merkezli tepe tarafından tasvir zayıf asit karakteristik siteleri var. Geniş desorpsiyon zirveleri asit tedavisi 19,20sonra CNTs yüzeyinde üretilen asit siteleri olduğunu belirtti. Buna ek olarak, orta asit mukavemetini gösteren iki tepe sırasıyla 360 °C (Pt/20HNbWO6/CNTs) ve 450 °C (Pt/20TaWO6/CNTs) olarak ortalanır. Böylece katalizörlerin asit mukavemeti şu şekilde sonuçlanabilir: Pt/CNTs < Pt/5HNbWO6/MWNCTs < Pt/20HNbMoO6/CNTs < Pt/20HNbWO6/CNTs < Pt/20HTaWO6/CNTs. Asit mukavemeti aslında köprülenmiş OH gruplarının varlığı nedeniyle BrØnsted asit sitelerinin sayısı ile ilgilidir (M(OH)N, m ve N bir öğeyi temsil nerede, sırasıyla) nanosheets16,21sadece oluşan . CNT'lerin zayıf ışık iletimi nedeniyle, piridin-kızılötesi BrØnsted asit sitelerinin varlığını ve kapsamını kanıtlamak için kullanılamaz.

Biyokütle lignin türetilmiş model bileşiminin ve karışıkmodel bileşiklerin oksijensiz yakıt bileşenlerine dönüştürülmesinin araştırılması için, hazır pt/20HNbWO 6/CNT'lerin katalitik performansı seçilmiştir. Reaksiyon 200 °C'de 3.0 MPa H 2'nin altındaki sabit yataklı bir reaktörde gerçekleştirildi ve yüzeyler sıvı besleme pompası ile reaktöre pompalandı. Pt/20HNbWO6/CNTs katalizör, H2

Açıklayacak bir şeyimiz yok.