Гидрирование пентановой кислоты в пентанол на Ir и Ir-Re катализаторах: влияние природы носителя и дисперсности Ir

Abstract

Изучен процесс жидкофазного гидрирования пентановой кислоты (ПК) в декане (180 ºC, давление водорода 25 атм) на монометаллических Ir и биметаллических катализаторах IrRe, нанесенных на оксид алюминия, оксид церия, оксид циркония, а также на углеродный носитель сибунит. Показано, что введение Re приводит к значительному увеличению активности в реакции гидрирования ПК, повышению селективности образования пентанола при практически полном отсутствии побочной реакции декарбоксилирования ПК. Катализаторы предварительно активировали в H2 при 415 ºC в течение 5 ч. Методом РФЭС установлено, что после активации наноразмерные частицы Ir находятся преимущественно в восстановленном состоянии, в то время как Re – в частично окисленном состоянии. Конверсия пентановой кислоты увеличивается в ряду Re/Al2O3 < Ir/CeO2 < Ir/ZrO2 < Ir/Al2O3 < IrRe/ZrO2 < IrRe/Al2O3 ~ IrRe/C. Селективность образования пентанола увеличивается в ряду Ir/Al2O3 < Ir/CeO2 ~ Ir/ZrO2 < IrRe/ZrO2 < Re/Al2O3 ~ IrRe/Al2O3 ~ IrRe/C. Синтезирована серия IrRe/Al2O3 катализаторов, средний размер кластеров Ir которых, согласно данным ПЭМ, варьируется от 0,8 до 1,7 нм. Показан рост конверсии и селективности образования пентанола с увеличением размера частиц Ir до 1,7 нм

Liquid phase pentanoic acid hydrogenation in decane as a solvent (180 ºC, hydrogen pressure 25 bar) was studied over monometallic Ir and bimetallic Ir-Re catalysts supported on alumina, ceria and zirconia, as well as carbon support Sibunit. Before catalytic test all catalysts were preliminary treated in Н2 at 415 ºC during 5 h. An XPS study revealed predominant metallic state for Ir in studied catalysts while Re was partially oxidized. Conversion of pentanoic acid changed in the row Ir/CeO2 < Ir/ZrO2 < IrRe/ZrO2 < IrRe/Al2O3 ~ IrRe/C. Selectivity to pentanol was elevated over bimetallic catalysts in the sequence Ir/Al2O3 < Ir/CeO2 ~ Ir/ZrO2 < IrRe/ZrO2 < IrRe/Al2O3 ~ IrRe/C. It was shown that doping of Ir with Re gives a rise of pentanoic acid conversion and selectivity to pentanol in the absence of byside decarboxylation reaction. A series of the most active catalyst IrRe/Al2O3 was prepared varying Ir particle size from 0.8 to 1.7 nm as verified by TEM. Both pentanoic acid conversion and selectivity to pentanol over IrRe/Al2O3 catalyst increased with an increase of mean Ir particle size