Chemical kinetics and promoted Co-immobilization for efficient catalytic carbonylation of ethylene oxide into methyl 3-hydroxypropionate

催化作用 环氧乙烷 羰基化 动力学 氧化物 化学 产量(工程) 乙烯 化学工程 材料科学 共聚物 一氧化碳 有机化学 聚合物 物理 量子力学 工程类 冶金
作者
Jingjie Luo,Pengcheng Liu,Wenhao Yang,Hongyu Niu,Shaojie Li,Changhai Liang
出处
期刊:Frontiers in Chemistry [Frontiers Media SA]
卷期号:10
标识
DOI:10.3389/fchem.2022.945028
摘要

The carbonylative transformation of ethylene oxide (EO) into methyl 3-hydroxypropionate (3-HPM) is a key process for the production of 1,3-propanediol (1,3-PDO), which is currently viewed as one of the most promising monomers and intermediates in polyester and pharmaceuticals industry. In this work, a homogeneous reaction system using commercial Co 2 (CO) 8 was first studied for the carbonylation of EO to 3-HPM. The catalytic behavior was related to the electronic environment of N on aromatic rings of ligands, where N with rich electron density induced a stronger coordination with Co center and higher EO transformation. A reaction order of 2.1 with respect to EO and 0.3 with respect to CO was unraveled based on the kinetics study. The 3-HPM yield reached 91.2% at only 40°C by Co 2 (CO) 8 coordinated with 3-hydroxypyridine. However, Co-containing colloid was formed during the reaction, causing the tough separation and impossible recycling of samples. Concerning the sustainable utilization, Co particles immobilized on pre-treated carbon nanotubes (Co/CNT-C) were designed via an in situ reduced colloid method. It is remarkable that unlike conventional Co/CNT, Co/CNT-C was highly selective toward the transformation of EO to 3-HPM with a specific rate of 52.2 mmol·gCo-1·h-1 , displaying a similar atomic efficiency to that of coordinated Co 2 (CO) 8 . After reaction, the supported Co/CNT-C catalyst could be easily separated from the liquid reaction mixture, leading to a convenient cyclic utilization.
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