Een chemicus van de RUDN University heeft een tinsilicaatkatalysator ontwikkeld voor de productie van esters:smaakstoffen, weekmakers, en biobrandstofcomponenten. In tegenstelling tot bestaande katalysatoren, het nieuwe materiaal kan weer actief worden gemaakt en hergebruikt. De resultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift Microporeuze en mesoporeuze materialen .

Katalysatoren worden niet verbruikt in het proces van chemische reacties, toch is het in sommige gevallen moeilijk om ze van het syntheseafval te scheiden en opnieuw te gebruiken. Bijvoorbeeld, anorganische zure katalysatoren worden gebruikt voor verestering, d.w.z. om esters te verkrijgen uit organische zuren en alcohol. In dit geval, het eindproduct van de reactie moet worden gezuiverd en het afval moet worden verwijderd, samen met de katalysatoren, omdat het duurder is om ze te scheiden voor hergebruik dan om nieuwe aan te schaffen.

Een veelbelovende oplossing zijn vaste katalysatoren op basis van tinionen afgezet op een poreus dragersubstraat. Zijn "actieve centra" bevinden zich op het oppervlak:ionen waarop een chemische transformatie plaatsvindt, bijvoorbeeld, de vorming van ether. Echter, tinionen worden "uitgewassen" tijdens het gebruik van dergelijke materialen, en ze verliezen hun activiteit. Bovendien, er wordt veel nutteloos tinoxide gevormd tijdens de fabricage van de katalysator, naast ionen.

RUDN University-chemicus Rafael Luque heeft een nieuwe katalysatorproductiemethode ontwikkeld die resulteert in een poreuze silicaatmatrix met "ingebedde" tinionen (Sn ₄ ⁺ ) bij elkaar gehouden door sterke chemische bindingen.

"Het maakt het ontwerp mogelijk van zeer actieve en selectieve op Sn gebaseerde materialen voor door zuur gekatalyseerde processen - niet alleen voor levulinezuurverestering - die ook kunnen worden hergebruikt, zeer stabiel zijn onder gematigde temperaturen en drukken, "zei Luuk.

Terwijl de bestaande methoden voor het maken van dergelijke katalysatoren inhouden dat tin wordt aangebracht op een afgewerkte poreuze matrix van siliciumdioxide, professor Luque vormde de katalysator "from scratch". Het siliciumdioxidesubstraat in zijn experiment werd gevormd uit een voorloper (tetraethoxysilaan) in aanwezigheid van tin, waardoor tinionen werden ingebed in de chemische structuur van het substraat.

De studie van het substraat met XPS (röntgenfoto-elektronspectroscopie) toonde aan dat er inderdaad een chemische binding van siliciumoxide en tin (Si-O-Sn) in de katalysator werd gevormd.

De oppervlakte van 1 gram katalysator is aanzienlijk - het is 600 vierkante meter. Aangezien chemische reacties plaatsvinden op het oppervlak van een katalysator, hoe groter het oppervlak, hoe hoger de activiteit. De meeste katalysatoren op basis van een siliciummatrix hebben een bruikbare oppervlakte van twee tot drie keer kleiner:zo'n 200-300 vierkante meter per gram.

Chemici testten de activiteit van de nieuwe katalysator bij de synthese van levulinezuuresters. Levulinezuur is een product van de verwerking van koolhydraten zoals glucose en zetmeel. Bij interactie met alcoholen vormt het esters, die als smaakstoffen kunnen worden gebruikt, weekmakers, en componenten van biobrandstoffen. Het bleek dat de nieuwe katalysator het mogelijk maakt om esters van levulinezuur te verkrijgen met een maximale productopbrengst van 44 tot 99 procent - het cijfer komt overeen met de efficiëntie van de meest gebruikte katalysatoren.

In aanvulling, de katalysator werd getest op herbruikbaarheid - het experiment toonde aan dat de activiteit ervan niet afnam na vijf regeneraties.

"In principe, het gebruik van de katalysator kan worden uitgebreid tot andere door zuur gekatalyseerde reacties, waaronder isomerisaties, veretheringen, enz. voor de productie van verbindingen die van belang zijn voor de fijnchemische industrie (smaakstoffen, geurstoffen, farmaceutische producten) en zelfs in de petrochemische industrie. De voordelen van de voorgestelde aanpak zijn onder meer eenvoud, relatief goedkope aard van katalysator, herbruikbaarheid en stabiliteit en veelzijdigheid in vergelijking met andere eerder geïmplementeerde, ’ merkte Luque op.