Published May 1, 2023 | Version v1
Publication Open

Selective hydrogenation of levulinic acid over a highly dispersed and stable copper particles embedded into the ordered mesoporous carbon supported catalyst

Creators

  • 1. Chungnam National University
  • 2. University of Oulu
  • 3. Indian Institute of Chemical Technology
  • 4. KPR Institute of Engineering and Technology

Description

Transformation of levulinic acid (LA) to γ -valerolactone (GVL) via hydrogenation is a greener approach in synthesising the eco-friendly GVL fuel additive. In this work, highly active and stable pre-synthesized copper nanoparticles (CuNPs) are embedded and distributed into the ordered mesoporous carbon (OMC) support material by the chelate-assisted multicomponent assembly pathway method. The Cu/OMC nanocatalyst is characterized by different analytical instruments to determine the key properties. The ordered mesoporous carbon (OMC) structure was formed successfully by controlled synthesis steps via resol carbonization. The morphology and structure of OMC was confirmed by the XRD, TEM and HRTEM analysis. The OMC surface was functionalized with different oxygen-containing functional groups, which enhances the interactions with the Cu nanoparticles. The TEM micrographs reveal that Cu NPs with average size of ~5.5 nm was evenly distributed over the surface of the OMC matrix. The synthesized Cu/OMC catalyst showed remarkable activity and stability due to confinement effects of Cu in mesoporous carbon and the highly dispersed nanosized Cu particles, which are exposed sites over the support. More importantly, the stability of the Cu/OMC was excellent, and the activity did not decline even after 60 h time on stream test under optimized conditions (WHSV-2.28 h−1, 20 wt% aqueous LA, H2 flow- 30 mL/min, 260 °C at 0.1 MPa hydrogen pressure).

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

إن تحويل حمض الليفولينيك (LA) إلى γ -فاليرولاكتون (GVL) عن طريق الهدرجة هو نهج أكثر مراعاة للبيئة في تصنيع مضافة وقود GVL الصديقة للبيئة. في هذا العمل، يتم تضمين الجسيمات النانوية النحاسية عالية النشاط والثابتة (CuNPs) وتوزيعها في مادة دعم الكربون متوسطة المسام (OMC) المرتبة بواسطة طريقة مسار التجميع متعدد المكونات بمساعدة الخلابة. يتميز المحفز النانوي Cu/OMC بأدوات تحليلية مختلفة لتحديد الخصائص الرئيسية. تم تشكيل هيكل الكربون متوسط المسام (OMC) بنجاح من خلال خطوات تخليقية مضبوطة عن طريق تحليل الكربنة. تم تأكيد مورفولوجيا وهيكل OMC من خلال تحليل XRD و TEM و HRTEM. تم تفعيل سطح OMC مع مجموعات وظيفية مختلفة تحتوي على الأكسجين، مما يعزز التفاعلات مع الجسيمات النانوية Cu. تكشف الصور المجهرية TEM أن الجسيمات النانوية النحاسية بمتوسط حجم يبلغ حوالي 5.5 نانومتر تم توزيعها بالتساوي على سطح مصفوفة OMC. أظهر محفز النحاس/OMC المركب نشاطًا واستقرارًا ملحوظين بسبب تأثيرات حصر النحاس في الكربون متوسط المسام وجسيمات النحاس النانوية المشتتة للغاية، والتي تعد مواقع مكشوفة فوق الدعم. والأهم من ذلك، كان استقرار النحاس/OMC ممتازًا، ولم ينخفض النشاط حتى بعد مرور 60 ساعة على اختبار التيار في ظل الظروف المثلى (WHSV-2.28 h-1، 20 ٪ بالوزن من LA المائي، تدفق H2 - 30 مل/دقيقة، 260 درجة مئوية عند ضغط هيدروجين 0.1 ميجا باسكال).

Translated Description (French)

La transformation de l'acide lévulinique (LA) en γ -valérolactone (GVL) par hydrogénation est une approche plus verte dans la synthèse de l'additif de carburant GVL respectueux de l'environnement. Dans ce travail, des nanoparticules de cuivre pré-synthétisées (CuNP) hautement actives et stables sont intégrées et distribuées dans le matériau de support de carbone mésoporeux ordonné (OMC) par la méthode de la voie d'assemblage multicomposant assistée par chélate. Le nanocatalyseur Cu/OMC est caractérisé par différents instruments analytiques pour déterminer les propriétés clés. La structure ordonnée de carbone mésoporeux (OMC) a été formée avec succès par des étapes de synthèse contrôlées via la carbonisation résol. La morphologie et la structure de la MOC ont été confirmées par l'analyse DRX, TEM et HRTEM. La surface de l'OMC a été fonctionnalisée avec différents groupes fonctionnels contenant de l'oxygène, ce qui améliore les interactions avec les nanoparticules de Cu. Les micrographies TEM révèlent que les NP Cu de taille moyenne ~ 5,5 nm étaient uniformément répartis sur la surface de la matrice OMC. Le catalyseur Cu/OMC synthétisé a montré une activité et une stabilité remarquables en raison des effets de confinement du Cu dans le carbone mésoporeux et des particules de Cu de taille nanométrique hautement dispersées, qui sont des sites exposés sur le support. Plus important encore, la stabilité du Cu/OMC était excellente et l'activité ne diminuait pas même après 60 h de test sur flux dans des conditions optimisées (WHSV-2,28 h−1, 20 % en poids de LA aqueux, débit de H2 - 30 mL/min, 260 °C à 0,1 MPa de pression d'hydrogène).

Translated Description (Spanish)

La transformación del ácido levulínico (LA) en γ -valerolactona (GVL) a través de la hidrogenación es un enfoque más ecológico en la síntesis del aditivo de combustible GVL ecológico. En este trabajo, las nanopartículas de cobre presintetizadas (CuNP) altamente activas y estables se incrustan y distribuyen en el material de soporte de carbono mesoporoso ordenado (OMC) mediante el método de la vía de ensamblaje multicomponente asistido por quelato. El nanocatalizador Cu/OMC se caracteriza por diferentes instrumentos analíticos para determinar las propiedades clave. La estructura de carbono mesoporoso ordenado (OMC) se formó con éxito mediante pasos de síntesis controlados a través de la carbonización de resol. La morfología y estructura del OMC se confirmó mediante el análisis XRD, TEM y HRTEM. La superficie de OMC se funcionalizó con diferentes grupos funcionales que contienen oxígeno, lo que mejora las interacciones con las nanopartículas de Cu. Las micrografías TEM revelan que las NP de Cu con un tamaño medio de ~ 5,5 nm se distribuyeron uniformemente sobre la superficie de la matriz OMC. El catalizador de Cu/OMC sintetizado mostró una actividad y estabilidad notables debido a los efectos de confinamiento de Cu en carbono mesoporoso y las partículas de Cu nanométricas altamente dispersas, que son sitios expuestos sobre el soporte. Más importante aún, la estabilidad del Cu/OMC fue excelente, y la actividad no disminuyó incluso después de 60 h de tiempo en la prueba de corriente en condiciones optimizadas (WHSV-2.28 h-1, LA acuoso al 20% en peso, flujo de H2-30 mL/min, 260 °C a una presión de hidrógeno de 0.1 MPa).

Files

nbnfi-fe2023042839325.pdf.pdf

Files (33.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:6870d7ab847006049312aff4505378d2
33.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الهدرجة الانتقائية لحمض الليفولينيك على جزيئات النحاس المنتشرة والمستقرة للغاية المضمنة في المحفز المدعوم بالكربون متوسط المسام المطلوب
Translated title (French)
Hydrogénation sélective de l'acide lévulinique sur des particules de cuivre hautement dispersées et stables intégrées dans le catalyseur mésoporeux ordonné supporté par du carbone
Translated title (Spanish)
Hidrogenación selectiva de ácido levulínico sobre partículas de cobre altamente dispersas y estables incrustadas en el catalizador soportado de carbono mesoporoso ordenado

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4366263093
DOI
10.1016/j.catcom.2023.106673

Is supplement to
https://openalex.org/W3210048179 (Other)
https://openalex.org/W3200584700 (Other)
https://openalex.org/W3148737923 (Other)
https://openalex.org/W2389575072 (Other)
https://openalex.org/W2365610993 (Other)
https://openalex.org/W2108020610 (Other)
https://openalex.org/W2089488526 (Other)
https://openalex.org/W2041035549 (Other)
https://openalex.org/W2008615257 (Other)
https://openalex.org/W1974425931 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1497659735
  • https://openalex.org/W1772612296
  • https://openalex.org/W1910249335
  • https://openalex.org/W1969970130
  • https://openalex.org/W1977300590
  • https://openalex.org/W2011679767
  • https://openalex.org/W2032714430
  • https://openalex.org/W2113025826
  • https://openalex.org/W2127014849
  • https://openalex.org/W2138239457
  • https://openalex.org/W2264494609
  • https://openalex.org/W2273207896
  • https://openalex.org/W2274967670
  • https://openalex.org/W2328264241
  • https://openalex.org/W2540764894
  • https://openalex.org/W2607453499
  • https://openalex.org/W2619272795
  • https://openalex.org/W2792104138
  • https://openalex.org/W2802791016
  • https://openalex.org/W2880257815
  • https://openalex.org/W2897461696
  • https://openalex.org/W2957800030
  • https://openalex.org/W2985926499
  • https://openalex.org/W2998729271
  • https://openalex.org/W3120932463
  • https://openalex.org/W3131843789
  • https://openalex.org/W3139023878
  • https://openalex.org/W3139586073
  • https://openalex.org/W3165932844
  • https://openalex.org/W3206327211
  • https://openalex.org/W4221128778
  • https://openalex.org/W4281766944
  • https://openalex.org/W4302028785
  • https://openalex.org/W4313260882