Die Nutzung von Biomasse als grundlegender Rohstoff für die Produktion von Chemikalien und die Speicherung von Energie hat sich als wichtige Alternative zur Verwirklichung einer nachhaltigen Gesellschaft erwiesen und stößt seit Jahrzehnten sowohl in akademischen als auch in industriellen Kreisen auf wachsendes Interesse.
5-Hydroxymethylfurfural (HMF), eine der wichtigsten biobasierten Plattformverbindungen, könnte als Brückenrohstoff zwischen Biomasseressourcen und Chemikalien dienen. Aufgrund der Anwesenheit von Aldehyd- und Hydroxymethylgruppen ist es möglich, aus HMF durch Hydrierung, oxidative Dehydrierung, Veresterung, Hydrolyse usw. eine Reihe hochwertiger Chemikalien zu synthetisieren.
Unter ihnen hat die selektive Hydrogenolyse von HMF zu 2,5-Dimethylfuran (DMF) als potenzieller Kandidat für flüssigen Biokraftstoff große Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
Als Biomassekraftstoff kann DMF in Verbrennungsmotoren mit höheren Kompressionsverhältnissen verwendet werden, um die Kraftstoffnutzungseffizienz aufgrund seiner höheren ROZ (Research-Oktanzahl 119) im Vergleich zu handelsüblichem Benzin (90–100) und Ethanol (110) zu verbessern.
Darüber hinaus könnte DMF ein wichtiger Reaktant für die Direktsynthese von biobasiertem p-Xylol (PX) durch Diels-Alder-Reaktion mit Ethylen sein. Im Vergleich zum herkömmlichen PX-Herstellungsprozess auf Erdölbasis weist dieser biobasierte Prozess eine hohe Selektivität auf und vermeidet das komplexe Trennungsverfahren.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Weimin Yang von der East China University of Science and Technology und dem Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology Co., Ltd. berichtet, dass der auf H2-Aktivkohle (HC) geträgerte Ni-C3N4-Katalysator mit ultraniedriger Ni-Beladung für die selektive Hydrogenolyse von HMF zu DMF geeignet ist.
Die Forschung ist veröffentlicht im Chinesisches Journal für Katalyse.
Der Ni-C3N4/HC-Katalysator erreicht eine DMF-Ausbeute von 94,2 % bei hoher Nachhaltigkeit (über 120 Stunden Lebensdauer im Festbettreaktor) und weist eine bemerkenswert hohe Produktivität (12,8 mmolDMF⋅mmolNi-1 ⋅h-1) bei Temperaturen von 100 bis 200 °C auf. Damit übertrifft er die Leistung der kürzlich gemeldeten hochmodernen Katalysatoren auf Ni-, Co- und Cu-Basis und ist auch mit Edelmetallkatalysatoren (Ru, Pd und Pt) vergleichbar.
Die Kombination aus Charakterisierungen und theoretischen Berechnungen ergab, dass Ni3N die aktive Komponente für die Hydrogenolyse ist und die C3N4-Schalen die Ni-Partikel stabilisieren und die Agglomeration während der Reaktion verhindern.
Diese Arbeit könnte die Entwicklung einzelner Nichtedelmetallkatalysatoren für Hydrierungs- und Hydrogenolysereaktionen voranbringen.
Mehr Informationen:
Hongyu Qu et al., Effiziente Hydrogenolyse von 5-Hydroxymethylfurfural zu 2,5-Dimethylfuran an Ni-C3N4-Katalysatoren mit ultraniedriger Ni-Beladung, Chinesisches Journal für Katalyse (2024). DOI: 10.1016/S1872-2067(24)60017-3