Izvedena je bila obširna eksperimentalna in računska študija hidrogenacije, hidrodeoksigenacije, oligomerizacije in eterifikacije furfurala pridobljenega iz hemiceluloze z uporabo Pd/C katalizatorja. Z opazovanjem in-situ redukcije PdO površine je bilo možno videti tvorbo pretežno Pd(111). Kot glavni produkt je nastajal tetrahidrofurfuril alkohol. Eksperimenti so bili izvedeni z različno izbiro topil (tetrahidrofuran, izopropanol, brez topila), atmosfere (dušik, vodik), temperature (100–200 °C), tlaka (25–75 bar) in hitrosti mešanja. Razvit je bil mikro-kinetični model, ki je vključeval termodinamiko (topnost vodika), prenos mase, adsorpcijo, desorpcijo in reakcije na površini. Raziskani so bili našteti pojavi in njihovi prispevki k površinski pokritosti, TOF in globalne reakcijske hitrosti. Ocenjeno je bilo, da približno 66% aktivnih mest pokriva topilo, 5% furanske spojine, medtem ko je bila pokritost z vodikom nizka. Hidrogenacija tako furfuralnega obroča kot aldehidne skupine ima nizko aktivacijsko energijo (19.1 kJ mol- 1 in 23.5 kJ mol- 1), čeprav je nadaljnja hidrogenacija tetrahidrofurfurala (Ea = 42.5 kJ mol- 1) preferirana pri višjih temperaturah v primerjavi s hidrogenacijo furfuril alkohola (Ea = 24.0 kJ mol- 1). Popolna hidrogenacija je lahko dosežena pri sobni temperaturi, deoksigenacija pa postane znatna nad 150 °C (Ea = 59.6 kJ mol- 1), kar vodi do popolne konverzije v večini poskusov in 77 % izkoristka tetrahidrofurfuril alkohola v izopropanolu pri 75 bar.
COBISS.SI-ID: 39261699
Raziskana je bila valorizacija lignocelulozne biomase za proizvodnjo kemikalij z dodano vrednostjo, zlasti katalitska hidroobdelava furfurala (FUR) pridobljenega iz hemiceluloze. Hidro obdelava v izopropanolu je bila izvedena v trifaznem šaržnem reaktorju z uporabo različnih komercialno dostopnih MoOx katalizatorjev pri različnih temperaturah (170–230 °C), tlakih vodika (0–80 bar), masah katalizatorja (0–2 wt%) in koncentracijah reaktantov (5–20 wt%). Pri uporabi treh različnih MoO3 katalizatorjev in MoO2 katalizatorja ni bilo opaziti znatne razlike v katalitski aktivnosti ali selektivnosti, medtem ko so bili NiMo/Al2O3, Mo2C and WO3 veliko manj aktivni. Na podlagi eksperimetnalno dobljenih podatkov smo razvili podroben reakcijski mehanizem za mikro-kinetični model, ki je vključeval termodinamiko, adsorpcijo, desorpcijo in površinsko reakcijsko kinetiko. Eterifikacija FUR je pri vseh testiranih reakcijskih pogojih vodila do proizvodnje želenega produkta izopropil levulinata (IPL). Ostale komponente z dodano vrednostjo (furfuril alkohol, izopropil furfuril eter, furfuril aceton, angelika lakton) so bile prisotne v manjših koncentracijah. Odkrili smo, da prisotnost ali odsotnost vodikove atmosfere ne vpliva na globalno reakcijsko hitrost ali selektivnost, saj je topilo zagotavlja zadosten vir vodika. Kalkulacije z metodo iz prvih principov so omogočile vpogled v aktivne površine z implemetacijo Wolff-ove konstrukcije. Na podlagi reakcijskih energij smo pojasnili reakcijski mehanizem. Teoretično izračunane energije smo primerjali za več površin ter razložili reakcijski mehanizem. Rezultati so bili skladni z rezultati karakterizacije in aktivnosti. Prvič smo poročali o tvorbi dragocenega IPL preko reakcij odpiranja furfuralnega obroča v odsotnosti plinskega H2 z uporabo poceni MoOx katalizatorja.
COBISS.SI-ID: 46020611
V delu je predstavljena hidrogenacija furfurala v reaktorju z goščo z magnetnim segrevanjem z uporabo rutenijevega katalizorja. Razvili smo katalizator iz magnetnih nanodelcev, natančneje Ru nanodelcev na površini aluminijevega oksida. Z izpostavljenosto furfurala ter katalizatorja AC magnetnemu polju smo dosegli 95 % konverzijo v primerjavi z 63 % konverzijo pri običajnemu segrevanju.
COBISS.SI-ID: 25023491
Dobitek visokih izkoristkov ter selektivnosti pri pretvorbi biomase v goriva in kemikalije z dodano vrednostjo še vedno predstavlja velik izziv in je za številne znanstvenike zanimiva raziskovalna tema. Načrtovanje in optimizacija procesa odstranitve funkcionalnih skupin zahteva natančne kinetične modele, ki upoštevajo topnost različnih plinov v bio-osnovanih kemikalijah prisotnih med procesom. Furfural in furfuril alkohol sta dve izmed perspektivnih bio-osnovanih spojin, katera lahko nadalje pretvorimo v kemikalije z dodano vrednostjo. Topnost vodika v furfuralu in furfuril alkoholu smo preučevali pri treh temperaturah (v območju 323,15–423,15 K) in pri tlakih do 25 MPa. Vodik se za približno 15 % bolje raztaplja v furfuralu kot furfuril alkoholu. Soave-Redlich-Kwong in Peng-Robinson model s kubičnimi enačbami stanja ter PC-SAFT enačbo stanja je bil uporabljen za prilagajanje eksperimentalnim podatkom. Določili smo parametre PC-SAFT enačbe stanja za čiste komponente, torej za furfural in furfuril alkohol. Za oba preučevana sistema smo določili parametre binarne interakcije, ki so ključni za napoved faznega ravnotežja. Parametri interakcij dobljeni za kubične enačbe stanja so bili temperaturno odvisni, medtem ko so bili parametri interakcij optimizirani za PC-SAFT enačbo stanja skoraj enaki pri vseh treh temperaturah za vsak preučevani sistem. Povprečna absolutna odstotna deviacija med izmerjenimi ravnotežnimi tlaki in izračunanimi z uporabo omenjenih modelov je bila manjša od 4 %.
COBISS.SI-ID: 45985283
Preiskovali smo katalitsko hidrodeoksigenacijo hidroksimetilfurfurala v trifaznem šaržnem reaktorju pri različnih reakcijskih temperaturah (170–230 °C) pod tlakom vodika 5 MPa. Kot topilo smo uporabili tetrahidrofuran. Katalizatorji na osnovi niklja na ogljiku so bili aktivirani z dodatkom lantana in niobija, vendar sami promotorji niso izkazovali aktivnosti. Na podlagi eksperimetnalno dobljenih tekočih produktov smo razvili reakcijski mehanizem in mikrokinetični model, kjer je bila upoštevana adsorpcija, desorpcija, reakcijska kinetika na površini, prenos mase in termodinamika. Z uporabo Ni/C je nastal predvsem nenasičen furanski diol, izjemno zaželen intermediat v polimerni industriji. Z dvigom reakcijske temperature nad 200 °C dehidracija vodi do deoksigeniranih produktov primernih za topila in biogoriva. Kljub izboljšani reducibilnosti je Dodatek La znatno zniža konstante hitrosti hidrogenacije (8-krat) in deoksigenacije (25-krat). Vključitev Nb je dodatno povečala kislost katalitalizatorja, nižje aktivacijske energije pa so privedle do 200 % višjih hitrosti deoksigenacije preko reakcij dehidracije in tvorbe oligomerov pri nižjih temperaturah. La je izkazoval najvišjo deoksigenacijsko aktivnost.
COBISS.SI-ID: 35846147