Aqueous Phase Synthesis of 5-Hydroxymethylfurfural from Glucose over Large Pore Mesoporous Zirconium Phosphates: Effect of Calcination Temperature

煅烧 水溶液 介孔材料 锆 相(物质) 立方氧化锆 化学 化学工程 5-羟甲基糠醛 材料科学 双水相体系 无机化学 有机化学 催化作用 工程类 陶瓷
作者
K. Saravanan,Kyung Soo Park,Seongho Jeon,Jong Wook Bae
出处
期刊:ACS omega [American Chemical Society]
卷期号:3 (1): 808-820 被引量:85
标识
DOI:10.1021/acsomega.7b01357
摘要

For a solid acid-catalyzed dehydration of biomass-derived carbohydrates into useful furan derivatives, a suitable porous solid acid catalyst having an optimum acidic density and its strength is required to avoid cascade reactions in biomass conversion processes. A large-pore mesoporous zirconium phosphate (m-ZrP) was prepared hydrothermally using P123 as a template in water solvent, which resulted in a higher pore diameter (>9 nm) having wormhole-like pore structures with balanced Lewis (L) to Brönsted (B) acid sites. The effects of calcination temperature (500-800 °C) on the textural, acidic/basic, and structural properties of the m-ZrP with its catalytic performance for glucose dehydration to 5-hydroxymethylfurfural (HMF) were investigated in a pure water media as a green and sustainable alternative solvent. The larger number of L and B acid sites and basic sites with their appropriate strengths were clearly related with a better catalytic performance in terms of glucose conversion and HMF yield. The strong L acid and basic sites in the m-ZrP efficiently promoted the glucose isomerization to fructose, which dehydrated exclusively on the weak B acid sites resulting in a maximum conversion of glucose (83.8%) and HMF yield (46.6%). The adjusted acidic and basic sites with large mesopore sizes make the m-ZrP yield a higher reaction rate (2.78 mmol gcat -1 h-1) and turnover frequency (11.68/h) for conversion of glucose to HMF, which showed higher catalytic activity than those of a small-pore m-ZrP and other mesoporous heterogeneous and homogeneous acid catalysts.
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