反応場を精密制御した機能性触媒によるバイオマス資源の選択的水素化分解

使用具有精确控制反应场的功能催化剂对生物质资源进行选择性加氢裂化

基本信息

批准号：
20J13086
负责人：
相原健司
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13086/
关键词：
Pt/WO3/Al2O3触媒選択的水素化分解バイオマス変換活性点構造

项目摘要

本研究課題では、アルミナ上にPtとWO3を担持した触媒について、バイオマス資源の水素化分解への適応とその反応機構の解明について検討した。隣接する水酸基を持つα,β-ジオールを基質とした場合、速やかに反応が進行しα-アルコールが得られた。一方で隣接しない水酸基をもつα,ω-ジオールはほとんど反応が進行しなかったことから、本触媒は切断する水酸基の位置を精密に識別していることが明らかとなった。さらに、一級水酸基を持たないβ,γ-ジオールでは反応が進行しなかったことから、水素化分解の効率的な進行には一級水酸基の存在が必須であり、これは主に吸着点として働くためであると結論した。速度論的検討をもとに反応機構について検討したところ、αおよびβ位の水酸基を切断する機構は大きく異なり、これは主に活性点構造の違いに起因することを明らかとした。赤外分光法を用いて活性点の局所構造について検討したところ、系中にH2ならびにH2Oが共存したとき、新たな水酸基の形成が確認された。以上のことから、WO3とアルミナの界面に位置する架橋水酸基 ( W-(OH)-Al ) が反応中に生成し、これがβ位の水酸基切断に有効に働く活性点であると結論した。また、本触媒はバイオディーゼル製造時に副生するグリセリンや植物の茎や葉から得られるテトラヒドロフルフリルアルコールをはじめとする種々のポリオール類やヒドロキシエーテル類にも適応可能であり、ポリマーの原料等に利用される有用な化合物であるα,β-ジオールを高収率・高選択率で与えることを見出した。

在本研究项目中，我们研究了氧化铝负载的Pt和WO3催化剂在生物质资源氢解中的应用，并阐明了其反应机理。当以羟基相邻的α,β-二醇为底物时，反应迅速进行，得到α-醇。另一方面，α,ω-二醇与不相邻羟基的反应几乎不进行，表明该催化剂准确地识别了待裂解羟基的位置。另外，由于不具有伯羟基的β，γ-二醇不进行反应，因此伯羟基的存在对于氢解的有效进行是必要的，其主要作为吸附点发挥作用。结论是当基于动力学研究对反应机理进行研究时，发现α和β位羟基断裂的机理显着不同，这主要是由于活性位点结构的差异。当使用红外光谱研究活性位点的局部结构时，证实当H2和H2O共存于体系中时会形成新的羟基。由上可知，反应过程中在WO3和氧化铝界面处生成了交联羟基（W-(OH)-Al），这是有效裂解羟基的活性位点。 β-位置。此外，该催化剂还可应用于各种多元醇和羟基醚，包括生物柴油生产过程中的副产品甘油和从植物茎叶中获得的四氢糠醇，可用作聚合物的原料发现可以以高产率和高选择性获得有用的化合物α,β-二醇。