J 2023

Aerosol-assisted sol–gel synthesis of mesoporous Ag–Ta–SiO2 catalysts for the direct upgrading of ethanol to butadiene

DOCHAIN, Denis D., Antoine VAN DEN DAELEN, Aleš STÝSKALÍK, Vít VYKOUKAL, Damien P. DEBECKER et. al.

Základní údaje

Originální název

Aerosol-assisted sol–gel synthesis of mesoporous Ag–Ta–SiO2 catalysts for the direct upgrading of ethanol to butadiene

Autoři

DOCHAIN, Denis D., Antoine VAN DEN DAELEN, Aleš STÝSKALÍK (203 Česká republika, domácí), Vít VYKOUKAL (203 Česká republika, domácí) a Damien P. DEBECKER (garant)

Vydání

RSC Sustainability, Royal Society of Chemistry, 2023, 2753-8125

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10402 Inorganic and nuclear chemistry

Stát vydavatele

Velká Británie a Severní Irsko

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Kód RIV

RIV/00216224:14310/23:00131010

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

UT WoS

001277109200001

Klíčová slova anglicky

ethanol; butadiene; acid catalysis; one-pot; sol-gel; aerosol

Štítky

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 16. 10. 2024 13:54, Mgr. Marie Šípková, DiS.

Anotace

V originále

The Lebedev process, or the direct catalytic conversion of bioethanol to butadiene, offers an up-and-coming sustainable alternative to the petrochemical route toward this high-demand C4 hydrocarbon. Since the reaction mechanism involves a cascade of dehydrogenation, hydrogen transfer and dehydration steps, a bifunctional catalyst combining both redox (for the dehydrogenation reaction) and acid (for hydrogen transfer and dehydration reactions) functionalities is required. Multi-step preparation methods are typically implemented to obtain tailored bifunctional catalysts, and one of the challenges is to balance the two functions to maximize the BD yield. Here, we disclose a straightforward, one-step, and continuous preparation method of Ta-doped SiO2 loaded with Ag nanoparticles by coupling sol–gel chemistry with aerosol processing. Combining tantalum ethoxide, silver nitrate, hydrolysed tetraethyl orthosilicate and pluronic F127 as templating agent in the aerosol process leads to mesoporous bifunctional catalysts featuring a specific surface area between 310–370 m2 g−1, a pore volume of ca. 0.5 mL g−1 and an average pore diameter of 5 nm. As attested by a variety of characterization techniques, the method leads to the homogeneous incorporation of highly dispersed tantalum species in the silica matrix, thereby creating the required acidic sites. These new catalysts have higher dehydration activity, as compared to the corresponding reference catalysts prepared by classical impregnation. Concomitantly, relatively small silver nanoparticles are stabilized (∼15 nm). The relative Ta and Ag loading can be tuned easily. In the ethanol to butadiene reaction, these aerosol-made catalysts achieve a butadiene yield of ca. 25% by optimizing the relative loadings of Ta and Ag, outcompeting the corresponding formulations prepared by impregnation.

Návaznosti

GJ20-03636Y, projekt VaV
Název: Nové katalyzátory pro přípravu 1,3-butadienu z ethanolu
Investor: Grantová agentura ČR, Nové katalyzátory pro přípravu 1,3-butadienu z ethanolu
LM2015041, projekt VaV
Název: CEITEC Nano
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, CEITEC Nano
LM2015043, projekt VaV
Název: Česká infrastruktura pro integrativní strukturní biologii (Akronym: CIISB)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Czech Infrastructure for Integrative Structural Biology
LM2018127, projekt VaV
Název: Česká infrastruktura pro integrativní strukturní biologii (Akronym: CIISB)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Czech Infrastructure for Integrative Structural Biology
90110, velká výzkumná infrastruktura
Název: CzechNanoLab
90242, velká výzkumná infrastruktura
Název: CIISB III