Разработка твердых кислотных катализаторов на основе углеродного материала Сибунит для получения 5-гидроксиметилфурфурола из целлюлозы

Abstract

Твердые кислотные катализаторы для одностадийного процесса получения 5-гидроксиметилфурфурола (5-ГМФ) из целлюлозы приготовлены на основе графитоподобного углеродного материала «Сибунит-4» методами окисления и последовательного окисления и сульфирования. Образцы окисленного сибунита получали путем окисления водными растворами азотной кислоты или влажной воздушной смесью. Для получения окисленных- сульфированных образцов окисленные угли сульфировали в дымящейся серной кислоте при 200 °С. Катализаторы исследовали методами низкотемпературной адсорбции азота, кислотно- основного титрования NaOH и испытывали в одностадийном процессе гидролиза-дегидратации мехактивированной целлюлозы в гидротермальных условиях при 180 °С. Общее содержание кислотных групп (сульфо-, карбоксильных, лактонных и фенольных) для окисленных образцов сопоставимо, а для окисленных-сульфированных превышает в 1,5-2 раза количество кислотных групп сибунита, сульфированного при 200 °С. Активность катализаторов сопоставима с образцами, сульфированными при 150 и 200 °С. Выходы 5-ГМФ и глюкозы варьируются в пределах 17-20 и 38-42 % соответственно

Solid acid catalysts based on graphite-like carbon material “Sibunit-4” have been developed to be utilized in the one-pot process of 5-hydroxymethylfurfural production from cellulose using oxidation and subsequent oxidation-sulfonation methods. The samples of oxidized carbon have been produced via oxidation of the carbon’s surface by water solutions of nitric acid or by wet air mixture; for oxidizedsulfonated samples to be produced oxidized carbons have been additionally sulfonated in fuming sulfuric acid at 200 °С. The catalysts developed have been investigated by methods of low-temperature nitrogen absorption and titration with NaOH and also tasted in the one-pot hydrolysis-dehydration of mechanically activated cellulose under hydrothermal conditions of 180 °С. The total amount of acidic groups (sulfo, carboxyl, lactone, and phenolic) for oxidized samples is comparable and for the oxidized-sulfonated is 1.5-2 times higher than the amount of acid groups in the sibunit sulfonated at 200 ° C. The activity of the catalysts with respect to sulfonated samples at 150 ° C and 200 ° C is comparable. The yields of 5-HMF and glucose ranges of 17-20% and 38-42%, respectively