Furfural hydrogenation over Cu, Ni, Pd, Pt, Re, Rh and Ru catalysts: Ab initio modelling of adsorption, desorption and reaction micro-kinetics

糠醛 催化作用 化学 动力学 吸附 解吸 从头算 物理化学 无机化学 有机化学 物理 量子力学
作者
Rok Šivec,Matej Huš,Blaž Likozar,Miha Grilc
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:436: 135070-135070 被引量:62
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.135070
摘要

Hydrogenation, hydrodeoxygenation and ring opening of biomass-derived furfural were studied by using Pd/C, Pt/C, Re/C, Ru/C, Rh/C, Ni/C and Cu/C catalysts. Based on experiments, a generalized micro-kinetic model was developed, describing kinetics of tested catalysts well. Pd/C could unselectively hydrogenate furfural's ring, aldehyde group or both and was the most active tested catalyst. Selective aldehyde group hydrogenation, followed by deoxygenation was observed with other catalysts. This route was also favorable thermodynamically according to density functional theory (DFT) calculations. Only Ru/C could form methyltetrahydrofuran (45.3 % yield) and ring opening products at 200 °C. Reaction conditions were optimized in silico for most promising catalysts (Pd, Pt, Re, Ni on carbon), by fixing the kinetic parameters obtained by regression analysis and subsequently maximizing the objective function, i.e. the yield of the product of interest. Validation experiments confirmed a high Pd/C hydrogenation activity already at 40 °C, forming predominantly tetrahydrofurfural (85 % yield), while 95 % yield of 2-methyltetrahydrofuran was obtained by using a cheap Ni/C at 212 °C.
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