Σε αυτήν τη διατριβή μελετούμε την εκλεκτική υδρογόνωση του ανανεώσιμου λεβουλινικού οξέος (Levulinic Acid, LA) προς γ-βαλερολακτόνη (γ-Valerolactone, GVL) καταλυόμενη από νανοσωματίδια του λευκοχρύσου τροποποιημένα με τον αζωτούχο σταθεροποιητή πολυ-4-βινυλοπυριδίνη (poly-4-vinylpyridine, P4VP) σε υδατικό περιβάλλον.
Ο πρόδρομος καταλύτης Na2PtCl6·6H2O τροποποιημένος με P4VP (Mw=60000) στο μοριακό λόγο P4VP/Pt = 10, σε θερμοκρασία 140oC, πίεση διϋδρογόνου 50 bar, μοριακό λόγο LA/Pt = 6000 με προσθήκη 20 mL υδατικού διαλύτη με χαμηλή συγκέντρωση λευκοχρύσου 41 ppm, σε pH = 2,48 και χρόνο αντίδρασης 15 λεπτά παρουσίασε την υψηλότερη καταλυτική δραστικότητα, TOF = 8290 h-1 με πολύ υψηλή εκλεκτικότητα σε GVL ίση με 99,7 mol% και χαμηλές εκλεκτικότητες 1,4-πεντανοδιόλης (1,4-pentanediol, 1,4-PDO) και βαλερικού οξέος (Valeric Acid, VA) 0,2 mol% και 0,1 mol% αντίστοιχα. Πειράματα ανάκτησης έδειξαν ότι το καταλυτικό σύστημα Pt/P4VP (Mw=60000) είναι ανακτήσιμο και ανακυκλώσιμο παρουσιάζοντας υψηλή σταθερότητα σε θερμοκρασία αντίδρασης της τάξεως των 130oC.
Τα πρώτα πειράματα υδρογόνωσης της ανανεώσιμης φουρφουράλης σε υδατικό περιβάλλον καταλυόμενη από το πρόδρομο σύστημα Na2PtCl6·6H2O/P4VP (Mw=60000), έδειξαν ότι σε pH = 2,34 σχηματίζεται ένα ευρύ φάσμα προϊόντων με κυρίαρχα συστατικά την 1-πεντανόλη, την κυκλοπεντανόνη και την κυκλοπεντανόλη ενώ στο pH = 7,0 αυξάνεται θεαματικά η εκλεκτικότητα της αντίδρασης με σχηματισμό φουρφουρόλης.In this thesis we study the selective hydrogenation of renewable levulinic acid (LA) into γ-valerolactone (GVL) catalyzed by water-dispersible platinum nanoparticles employing the nitrogen-containing stabilizer poly-4-vinylpyridine (P4VP) in aqueous media.
The catalyst precursor Na2PtCl6·6H2O modified with P4VP (Mw=60000) at a molar ratio of P4VP/Pt=10, reaction temperature of 140oC, dihydrogen pressure of 50 bar, molar ratio of LA/Pt = 6000, with addition of 20 mL aqueous solvent, at a low platinum concentration of 41 ppm, a pH value of 2.48 and reaction time of 15 minutes exhibited the highest catalytic activity namely of TOF= 8290 h-1 with essentially quantitative selectivity towards GVL of 99.7 mol% with very low selectivity both to 1,4-pentanediol and valeric acid (Valeric Acid, VA) of 0.2 mol% and 0.1 mol%, respectively. Recycling experiments showed that the catalytic system Pt/P4VP (Mw=60000) is recoverable and recyclable with high stability even at a reaction temperature of 130oC.
The first-hand experiments of the aqueous-phase catalytic hydrogenation of renewable furfural carried out with Na2PtCl6·6H2O/P4VP (Mw=60000) catalyst precursors disclosed a wide range of main products inter alia 1-pentanol, cyclopentanone and cyclopentanol at a pH value 2.34. In sharp contrast, at pH= 7.0 the selectivity of the hydrogenation reaction enormously increased to afford mainly furfuryl alcohol
