КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ГИДРОЛИТИЧЕСКОГО ГИДРИРОВАНИЯ ИНУЛИНА ДО МАННИТА НА Ru-СОДЕРЖАЩЕМ МАГНИТНОМ КАТАЛИЗАТОРЕ
Аннотация
Маннит – это важное сырье в производстве смол, смазочных материалов, покрытий, ПАВ, взрывчатых веществ, косметики и лекарств. Одним из перспективных способов его получения является каталитическая конверсия инулина – природного полифруктозана, в больших количествах содержащегося в некоторых сельскохозяйственных культурах. В данном исследовании впервые для процесса гидролитического гидрирования инулина до маннита был предложен полимерный Ru-содержащий катализатор на основе мезопористой матрицы сверхсшитого полистирола. При оптимальный условиях реакции (0,1167 ммоль Ru в составе катализатора на 1 г инулина; 30 мл H2O; температура 150 °С; парциальное давление водорода 60 бар, время реакции 45 мин) была получена высокая селективность по манниту – 48,7% при 100%-ной конверсии исходного полисахарида. При этом производительность полимерного катализатора оказалась выше, чем производительность магнитного катализатора на основе мезопористого диоксида кремния, синтезированного нами в предыдущих исследованиях. В ходе работы были проведены кинетические эксперименты, выявлены закономерности реакции гидролитического гидрирования инулина с образованием маннита и ряда побочных продуктов. На основе полученных экспериментальных данных была предложена схема реакций, математическая модель процесса, наиболее адекватно описывающая экспериментально полученные данные, а также рассчитаны ее параметры. Полимерный магнитный катализатор оказался стабильным в гидротермальных условиях реакции, легко отделялся от жидкой фазы катализата внешним магнитным полем, что делает его перспективным, в частности, для использования в процессах конверсии растительной биомассы в сырье для химического синтеза и производства топлива.
Для цитирования:
Манаенков О.В., Кислица О.В., Матвеева В.Г., Косивцов Ю.Ю., Сульман М.Г. Кинетика процесса гидролитического гидрирования инулина до маннита на Ru-содержащем магнитном катализаторе. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 8 С. 70-76. DOI: 10.6060/ivkkt.20236608.6898.
Литература
Franck A. // British J. Nutrition. 2002. V. 87. Suppl. 2. P. S287-S291. DOI: 10.1079/BJNBJN/2002550.
Niness K.R. // J. Nutrition. 1999. V. 129. N 7. P. 1402S-1406S. DOI: 10.1093/jn/129.7.1402S.
Andre I., Mazeau K., Tvaroska I., Putaux J.-L., Winter W.T., Tavarel F.R., Chanzy H. // Macromolecules. 1996. V. 29. P. 4626-4635. DOI: 10.1021/ma951799f.
Liu J., Waterhouse A.L., Chatterton N.J. // Carbohydrate Res. 1993. V. 245. N 1. P. 11-19. DOI: 10.1016/0008-6215(93)80056-к.
Johansson E., Prade T., Angelidaki I., Svensson S.-E., Newson W.R., Gunnarsson I.B., Hovmalm H.P. // Int. J. Mol. Sci. 2015. V. 16. P. 8997-9016. DOI: 10.3390/ijms16048997.
Starovoitov V.I., Starovoitova O.A., Zvyagintsev P.S. // Pishch. Ingridient. Syryo Dobavki. 2013. N 2. P. 30-32 (in Russian).
Dutta S., De S., Saha B. // Biomass and Bioenergy. 2013. V. 55. P. 355-369. DOI: 10.1016/j.biombioe.2013.02.008.
Kuznetsov B.N., Kuznetsova S.A., Tarabanko V.E. // Ross. Khim. Zhurn. 2004. V. XLVIII. N 3. P. 4-20 (in Russian).
Ohrem H.L., Schornick E., Kalivoda A., Ognibene R. // Pharmaceut. Dev. Technol. 2014. V. 19. N 3. P. 257-262. DOI: 10.3109/10837450.2013.775154.
Ahmed M.J., Kadhum A.A.H. // J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 2011. V. 42. P. 114-119. DOI: 10.1016/j.jtice.2010.03.011.
Heinen A.W., Peters J.A., van Bekkum H. // Carbohydr. Res. 2001. V. 330. P. 381-390. DOI: 10.1016/s0008-6215(00)00297-4.
Luo C., Wang S., Liu H. // Angew. Chem. Int. Ed. 2007. V. 46. P. 7636-7639. DOI: 10.1002/anie.200702661.
Heinen A.W., Papadogianakis G., Sheldon R.A., Peters J.A., van Bekkum H. // J. Molec. Catal. A: Chem. 1999. V. 142. P. 17-26. DOI: 10.1016/S1381-1169(98)00288-X.
Deng W., Zhu E., Liu M., Zhang Q., Wang Y. // RSC Adv. 2014. V. 4. P. 43131-43141. DOI: 10.1039/C4RA05939E.
Ndolomingo M.J., Bingwa N., Meijboom R. // J. Mater. Sci. 2020. V. 55. P. 6195–6241. DOI: 10.1007/s10853-020-04415-x.
Rossi L.M., Ferraz C.P., Fiorio J.L., Vono L.L.R. Magnetically Recoverable Nanoparticle Catalysts. In: Nano-particles in Catalysis: Advances in Synthesis and Applications. Ed. by K. Philippot and A. Roucoux. WILEY-VCH GmbH. 2021. P. 159-181. DOI: 10.1002/9783527821761.ch8.
Goesmann H., Feldmann C. // Angew. Chem. Int. Ed. 2010. V. 49. P. 1362-1395. DOI: 10.1002/anie.200903053.
Polshettiwar V., Luque R., Fihri A., Zhu H., Bouhrara M., Basset J.M. // Chem. Rev. 2011. V. 111. P. 3036-3075. DOI: 10.1021/cr100230z.
Rossi L.M., Garcia M.A.S., Vono L.L.R. // J. Braz. Chem. Soc. 2012. V. 23. P. 1959-1971. DOI: 10.1590/S0103-50532012001100002.
Wang D., Astruc D. // Molecules. 2014. V. 19. P. 4635-4653. DOI: 10.3390/molecules19044635.
Zhang J., Xu S.H., Wu S.B., Liu Y. // Chem. Eng. Sci. 2013. V. 99. P. 171-176. DOI: 10.1016/j.ces.2013.06.002.
Kannapu H.P.R., Bathula H.B., Suh Y.-W. Functional magnetic catalysts for the synthesis of biomass-derived fuels and chemicals. In: Advanced Functional Solid Catalysts for Biomass Valorization. Elsevier Inc. 2020. P. 199-223. DOI: 10.1016/B978-0-12-820236-4.00009-X.
Sulman E., Manaenkov O., Kislitsa O., Ratkevich E., Sulman M., Matveeva V. // Chem. Eng. Transact. 2020. V. 81. P. 1153-1158. DOI: 10.3303/CET2081193.
Manaenkov O.V., Kislitsa O.V., Ratkevich E.A., Sulman M.G. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 2. P. 59-63 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206302.6062.
Ratkevich E.A., Manaenkov O.V., Matveeva V.G., Kislitza O.V., Sulman E.M. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 7. P. 77-82 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20186107.5679.
Ratkevich E.A., Manaenkov O.V., Kislitsa O.V. // Su-percritical fluid technologies in solving environmental problems: Proceedings of the XIII All-Russian School-Conference of Young Scientists. NARFU. Arkhangelsk. 2022. P. 131-136 (in Russian).
Manaenkov O.V., Kosivtsov Yu.Yu., Kislitsa O.V., Ratkevich A.E., Matveeva V.G. // Vestn. Tver. Gos. Univ. Ser. Khimiya. 2021. N 4 (46). P. 37-48 (in Russian). DOI: 10.26456/vtchem2021.4.5.
Manaenkov O.V., Kislitsa O.V., Kosivtsov Yu.Yu. // Vestn. Tver. gos. Univ. Ser. Khimiya. 2023. N 1 (51). P. 7-16 (in Russian). DOI: 10.26456/vtchem2023.1.1.
Ermakova A., Anikeev V.I., Gudkov A.V., Bobrin A.S. // Teor. Osn. Khim. Tekhnol. 1995. V. 29. № 1. P. 61-70 (in Russian).
