Химик РУДН получил многоразовый катализатор для синтеза сложных эфиров

Катализаторы не расходуются в процессе химических реакций, однако в некоторых случаях их сложно выделить из отходов синтеза и использовать снова. В частности, при получении сложных эфиров из органических кислот и спирта – этерификации – применяются катализаторы на основе неорганических кислот. Конечный продукт реакции в этом случае необходимо очищать, а потом утилизировать отходы вместе с катализаторами – выделять их для повторного использования дороже, чем приобретать новые.

Перспективными считаются твердые катализаторы на основе ионов олова, нанесенных на пористые подложки-носители. На ее поверхности размещены «активные центры» – ионы, на которых происходит химическое превращение, например, образование эфира. Однако при использовании таких материалов ионы олова «вымываются», происходит потеря их активности. Кроме того, при производстве катализатора помимо ионов образуется много бесполезного оксида олова.

Химик РУДН Рафаэль Луке разработал новый способ производства катализатора, в результате которого получается пористая силикатная матрица со «встроенными» ионам олова Sn4+, которые удерживаются прочными химическими связями.

Если прежние методы создания таких катализаторов заключались в том, что олово наносили на готовую пористую матрицу из диоксида кремния, то профессор Луке формировал катализатор «с нуля». Подложка из диоксида кремния в его эксперименте формировалась из предшественника (тетраэтоксиилана) в присутствии олова, за счет чего ионы олова встраивались в химическую структуру подложки.

Изучение подложки с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии XPS показала, что в катализаторе действительно сформировалась химическая связь оксида кремния и олова: Si-O-Sn.

Площадь поверхности 1 грамма катализатора значительна – 600 квадратных метров.   Поскольку химические реакции идут на поверхности катализатора, то чем больше площадь его поверхности, тем выше активность. Большинство катализаторов на базе кремниевой матрицы имеют полезную площадь в два—три раза меньше: около 200-300 квадартных метров на грамм.

Новый катализатор химики проверили на активность в реакции синтеза сложных эфиров левулиновой кислоты. Левулиновая кислота – продукт переработки углеводов, таких как глюкоза и крахмал. При взаимодействии со спиртами она образует сложные эфиры, которые могут использоваться в качестве ароматизаторов, пластификаторов и компонентов биотоплива. Выяснилось, что новый катализатор позволяет получать эфиры левулиновой кислоты с максимальным выходом продукта 44 до 99 процентов – этот показатель соответствует уровню эффективности большинства широко применяемых катализаторов

Кроме того, катализатор проверили на «многоразовость»: эксперимент показал, что его активность не снижалась после пяти регенераций.

Статья в Microporous and Mesoporous MaterialsMicroporous and Mesoporous MaterialsMicroporous and Mesoporous Materials