Oxidation of 5-Hydroxumethylfurfural over Supported Pd-Containing Catalysts

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results for the oxidation of 5-hydroxymethylfurforol (5-HMF) over Pd/TiO2 and Pd/ZrO2 catalysts obtained by impregnation using different heat treatment conditions are presented. The catalysts were studied by XRD, XPS, low-temperature nitrogen adsorption and pulse CO adsorption methods. Catalytic studies were carried out under mild conditions of 5-HMF oxidation: a temperature of 80°C, an oxygen pressure of 5 atm, and the use of NaHCO3 as a base agent. It is shown that the conditions of temperature treatment significantly affect the formation of the active component over Pd/TiO2 and Pd/ZrO2 catalysts, determining dispersion of active component and interaction with the support and, as a consequence, the catalytic properties of the obtained materials.

About the authors

K. L. Timofeev

National Research Tomsk State University

Author for correspondence.
Email: kvintkl@gmail.com
Russia, 634050, Tomsk, 36 Lenin Ave.

D. P. Morilov

National Research Tomsk State University

Email: kvintkl@gmail.com
Russia, 634050, Tomsk, 36 Lenin Ave.

T. S. Kharlamova

National Research Tomsk State University

Email: kvintkl@gmail.com
Russia, 634050, Tomsk, 36 Lenin Ave.

References

  1. Sheldon R.A. Green and sustainable manufacture of chemicals from biomass: state of the art // Green Chem. 2014. V. 16. P. 950.
  2. Corma A., Iborra S., Velty A. Chemical routes for the transformation of biomass into chemicals // Chem. Rev. 2007. V. 107. № 6. P. 2411.
  3. Мироненко Р.М., Бельская О.Б., Лавренов А.В., Лихолобов В.А. Палладий-рутениевый катализатор для селективного гидрирования фурфурола до циклопентанола // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. № 3. С. 347.
  4. Нуждин А.Л., Симонов П.А., Бухтияров В.И. Восстановительное аминирование 5-гидроксиметилфурфурола посредством гидрирования промежуточных иминов на катализаторах Pt/Al2O3 в проточном реакторе // Кинетика и катализ. 2021. Т. 62. № 4. С. 459.
  5. Roy Goswami S., Dumont M.-J., Raghavan V. Starch to value added biochemicals // Starch Stärke. 2016. V. 68. P. 274.
  6. Кашпарова В.П., Чернышева Д.В., Клушин В.А., Андреева В.Е., Кравченко О.А., Смирнова Н.В. Фурановые мономеры и полимеры из возобновляемой растительного сырья // Успехи химии. 2021. Т. 90. № 6. С. 750.
  7. Gallezot P. Conversion of biomass to selected chemical products // Chem. Soc. Rev. 2012. V. 41. P. 1538.
  8. Clark H.J., EI Deswarte F., Farmer J. The integration of green chemistry into future biorefineries // Biofuels Bioprod. Biorefin. 2009. V. 3. P. 72.
  9. Zhang Z., Zhen J., Liu B., Lv K., Deng K. Selective aerobic oxidation of the biomass-derived precursor 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-furandicarboxylic acid under mild conditions over a magnetic palladium nanocatalyst // Green Chem. 2015. V. 17. P. 1308.
  10. Zhao D., Ting S., Wang Y., Varma R.S., Len C. Recent advances in catalytic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural // Mol. Catal. 2020. V. 111133. P. 495.
  11. Sajid M., Zhao X., Liu D. Production of 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) from 5-hydroxymethylfurfural (HMF): recent progress focusing on the chemical-catalytic routes // Green Chem. 2018. V. 20. P. 5427.
  12. Hameed S., Lin L., Wang A., Luo W. Recent Developments in Metal-Based Catalysts for the Catalytic Aerobic Oxidation of 5-Hydroxymethyl-Furfural to 2,5-Furandicarboxylic Acid // Catalysts. 2020. V. 10. P. 120.
  13. German D., Pakrieva E., Kolobova E., Carabineiro S.A.C., Stucchi M., Villa A., Prati L., Bogdanchikova N., Cortés Corberán V., Pestryakov A. Oxidation of 5-Hydroxymethylfurfuralon supported Ag, Au, Pd and bimetallic Pd-Au catalysts: effect of the support // Catalysts. 2021. V. 11. P. 115.
  14. Siyo B., Schneider M., Radnik J.J., Pohl M.-M.M., Langer P., Steinfeldt N. Influence of support on the aerobic oxidation of HMF into FDCA over preformed Pd nanoparticle based materials // Appl. Catal. A: Gen. 2014. V. 478. P. 107.
  15. Schade O.R., Kalz K.F., Neukum D., Kleist W., Grunwaldt J.-D. Supported goldand silver-based catalysts for the selective aerobic oxidation of 5-(hydroxymethyl) furfural to 2,5-furandicarboxylic acid and 5-hydroxymethyl-2-furancarboxylic acid // Green Chem. 2018. V. 20. P. 3530.
  16. Albonetti S., Lolli A., Morandi V., Migliori A., Lucarelli C., Cavani F. Conversion of 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-furandicarboxylic acid over Au-based catalysts: optimization of active phase and metal–support interaction // Appl. Catal. B: Env. 2015. V. 163. P. 520.
  17. Xia H., An J., Hong M., Xu S., Zhang L., Zu S. Aerobic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-difurancarboxylic acid over Pd-Au nanoparticles supported on Mg-Al hydrotalcite // Catal. Today. 2019. V. 319. № 1. P. 113.
  18. Xu H., Li X., Hu W., Yu Z., Zhou H., Zhu Y., Lu L., Si C. Research progress of highly efficient noble metal catalysts for the oxidation of 5-hydroxymethylfurfural // ChemSusChem. 2022. V. 15. P. e202200352.
  19. Fadonia M., Lucarelli L. Temperature programmed desorption, reduction, oxidation and flow chemisorption for the characterisation of heterogeneous catalysts. Theoretical aspects, instrumentation and applications // Surf. Sci. Catal. 1999. V. 120 (A). P. 177.
  20. Thomme M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report) // Pure Appl. Chem. 2015. V. 87. P. 1051.
  21. Samadi P., Binczarski M.J., Pawlaczyk A., Rogowski J., Szynkowska-Jozwik M.I., Witonska I.A. CO oxidation over Pd catalyst supported on porous TiO2 prepared by plasma electrolytic oxidation (PEO) of a Ti metallic carrier // Materials. 2022. V. 15. P. 4301.
  22. Rinaudo M.G., Beltrán A.M., Fernández A., Cadús L.E., Morales M.R. Pd supported on defective TiO2 polymorphic mixtures: effect of metal-support interactions upon glycerol selective oxidation // Results in Engineering. 2022. V. 16. P. 100737.
  23. Cecilia J.A., Machogo L., Torres-Bujalance V., Jiménez-Gómez C.P., García-Sancho C., Moreno-Tost R., Maireles-Torres P., Luque R. PdO Supported on TiO2 for the oxidative condensation of furfural with ethanol: insights on reactivity and product selectivity // ACS Sustain. Chem. Eng. 2021. V. 9. № 30. P. 10100.
  24. Ouyang L., Tian P., Da G., Xu X.-C., Ao C., Chen T., Si R., Xu J., Han Y.-F. The origin of active sites for direct synthesis of H2O2 on Pd/TiO2 catalysts: interfaces of Pd and PdO domains // J. Catal. 2015. V. 321. P. 70.
  25. Sarode P.R., Asakura K., Priolkar K.R., Hegde M.S. EXAFS study of Ti0.98Pd0.02O2–δ catalyst // AIP Conf. Proc. 2018. V. 1953. P. 070009.
  26. Asakura K., Iwasawa Y. Reversible structure transformation of zirconium dioxide on palladium black // J. Phys. Chem. 1992. V. 96. № 18. P. 7386.
  27. Lei D., Yu K., Li M.-R., Wang Y., Wang Q., Liu T., Liu P., Lou L.-L., Wang G., Liu S. Facet effect of single-crystalline Pd nanocrystals for aerobic oxidation of 5-hydroxymethyl-2-furfural // ACS Catal. 2017. V. 7. № 1. P. 421.
  28. Chen J., Zhang Q., Wang Y., Wan H. Size-dependent catalytic activity of supported palladium nanoparticles for aerobic oxidation of alcohols // Adv. Synth. Catal. 2008. V. 350. P. 453.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (40KB)
3.

Download (177KB)
4.

Download (140KB)
5.

Download (130KB)


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».