Hydrogenation of Levulinic Acid to γ-Valerolactone in the Presence of Ru-Containing Catalysts Based on Carbon Material “Sibunit”

Abstract

Nanostructured 1 and 3% catalysts containing ruthenium nanoparticles supported on the initial and oxidized at different temperatures graphite-like carbon material Sibunit-4 prepared. A features of this support are mesoporous texture, hydrothermal stability and the presence of surface oxygen-containing functional groups responsible for the distribution of Ru nanoparticles and the catalyst acidic properties. The catalysts characterized using methods TEM, XPS, N2 adsorption, pHpzc and tested in the hydrogenation of levulinic acid to γ-valerolactone. It was found that the reaction rate and GVL selectivity are influenced by solvent choice, fractional composition, and acidic properties of the support. The obtained catalysts provide high activity in the reaction of direct hydrogenation of levulinic acid to γ-valerolactone (GVL yield 98 mol.%, At 160°С, 1.2 MPa H2) and high productivity (15.9 gGVL/gCat.). Obtained catalyst can be reused several times without noticeable loss of activity

Синтезированы наноструктурированные 1 и 3 % катализаторы, содержащие наночастицы рутения, закрепленные на исходном и окисленном при разных температурах графитоподобном углеродном материале Cибунит‑4. Особенность данного носителя состоит в его мезопористой текстуре, гидротермальной устойчивости и наличии на поверхности кислородсодержащих функциональных групп, ответственных за распределение наночастиц Ru и кислотные свойства катализатора. Катализаторы исследованы физико-химическими методами (ПЭМ, РФЭС, адсорбция N2, pHтнз) и испытаны в реакции гидрирования левулиновой кислоты до γ-валеролактона. Установлено, что на скорость реакции и селективность процесса по отношению к ГВЛ оказывают влияние такие факторы, как выбранный растворитель, фракционный состав и кислотные свойства носителя. Полученные катализаторы показали высокую активность в реакции прямого гидрирования левулиновой кислоты до γ-валеролактона (выход ГВЛ 98 мол.% при 160 ºС, 1.2 МПа H2) и высокую производительность (15.9 г ГВЛ/г кат.). Данный катализатор может быть использован многократно без заметной потери активности