En kemist från RUDN University har utvecklat en tennsilikatkatalysator för framställning av estrar—smakämnen, mjukgörare, och biobränslekomponenter. Till skillnad från befintliga katalysatorer, det nya materialet kan göras aktivt igen och återanvändas. Resultaten publiceras i tidskriften Mikroporösa och mesoporösa material .

Katalysatorer förbrukas inte i processen med kemiska reaktioner, ändå är det i vissa fall svårt att separera dem från syntesavfallet och återanvända dem. Till exempel, oorganiska syrakatalysatorer används för förestring, dvs för att erhålla estrar från organiska syror och alkohol. I detta fall, slutprodukten av reaktionen måste renas och avfallet kasseras, tillsammans med katalysatorerna, eftersom det är dyrare att separera dem för återanvändning än att skaffa nya.

En lovande lösning är fasta katalysatorer baserade på tennjoner avsatta på ett poröst bärarsubstrat. Dess "aktiva centra" är belägna på dess yta:joner på vilka en kemisk omvandling sker, till exempel, bildandet av eter. Dock, tennjoner "tvättas ut" under användningen av sådana material, och de förlorar sin aktivitet. Dessutom, mycket värdelös tennoxid bildas under tillverkningen av katalysatorn, förutom joner.

RUDN University kemist Rafael Luque har utvecklat en ny katalysatorproduktionsmetod som resulterar i en porös silikatmatris med "inbäddade" tennjoner (Sn) ₄ ⁺ ) hålls samman av starka kemiska bindningar.

"Det tillåter design av mycket aktiva och selektiva Sn-baserade material för syrakatalyserade processer - inte bara för förestring av levulinsyra - som också kan återanvändas, vara mycket stabil under måttliga temperaturer och tryck, sa Luque.

Medan de befintliga metoderna för att skapa sådana katalysatorer innebär att tenn appliceras på en färdig porös matris av kiseldioxid, professor Luque bildade katalysatorn "från grunden." Kiseldioxidsubstratet i hans experiment bildades från en prekursor (tetraetoxisilan) i närvaro av tenn, på grund av vilka tennjoner var inbäddade i substratets kemiska struktur.

Studien av substratet med XPS (röntgenfotoelektronspektroskopi) visade att en kemisk bindning av kiseloxid och tenn (Si–O–Sn) verkligen bildades i katalysatorn.

Ytan på 1 gram katalysator är betydande – den är 600 kvadratmeter. Eftersom kemiska reaktioner sker på ytan av en katalysator, ju större yta är, ju högre aktivitet. De flesta katalysatorer baserade på en kiselmatris har en användbar yta två till tre gånger mindre:cirka 200-300 kvadratmeter per gram.

Kemister testade aktiviteten hos den nya katalysatorn i syntesen av levulinsyraestrar. Levulinsyra är en produkt från bearbetningen av kolhydrater som glukos och stärkelse. När den interagerar med alkoholer bildar den estrar, som kan användas som smakämnen, mjukgörare, och komponenter i biobränslen. Det visade sig att den nya katalysatorn gör det möjligt att erhålla estrar av levulinsyra med ett maximalt produktutbyte på 44 till 99 procent – ​​siffran motsvarar effektiviteten hos de vanligaste katalysatorerna.

Dessutom, Katalysatorn testades för återanvändbarhet – experimentet visade att dess aktivitet inte minskade efter fem regenerationer.

"I princip, användningen av katalysatorn kan utvidgas till andra syrakatalyserade reaktioner inklusive isomeriseringar, företringar, etc. för framställning av föreningar av intresse för finkemiindustrin (smakämnen, luktämnen, läkemedel) och även inom den petrokemiska industrin. Fördelarna med det föreslagna tillvägagångssättet inkluderar enkelhet, katalysatorns relativt billiga karaktär, återanvändbarhet och stabilitet och mångsidighet jämfört med andra tidigare implementerade, " noterade Luque.