I. Xúc tác nano
Nghiên cứu tập trung vào việc chế tạo xúc tác nano kim loại chuyển tiếp trên nền zirconium dioxit. Các phương pháp tổng hợp xúc tác nano được áp dụng bao gồm đồng kết tủa và các kỹ thuật phân tích hiện đại như XRD, TEM, SEM để xác định cấu trúc và tính chất của xúc tác. Xúc tác nano được chế tạo có kích thước hạt nhỏ, phân tán đều trên chất mang, giúp tăng hiệu suất phản ứng. Các kết quả phân tích cho thấy xúc tác có độ bền nhiệt cao và khả năng hoạt động tốt trong điều kiện phản ứng khắc nghiệt.
1.1. Phương pháp chế tạo
Quy trình chế tạo xúc tác bao gồm các bước chuẩn bị dung dịch tiền chất, đồng kết tủa và nung ở nhiệt độ cao. Các kim loại chuyển tiếp như Au, Ag, Ru được phân tán đều trên bề mặt zirconium dioxit, tạo thành cấu trúc nano với diện tích bề mặt lớn. Phương pháp này đảm bảo tính đồng nhất và ổn định của xúc tác trong quá trình phản ứng.
1.2. Đặc trưng xúc tác
Các phương pháp phân tích như XRD, TEM, SEM được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể, kích thước hạt và hình thái bề mặt của xúc tác. Kết quả cho thấy xúc tác có cấu trúc tinh thể đồng nhất, kích thước hạt nano và phân tán đều trên chất mang. Phổ IR cũng xác nhận sự hiện diện của các nhóm chức trên bề mặt xúc tác, hỗ trợ quá trình phản ứng.
II. Kim loại chuyển tiếp
Các kim loại chuyển tiếp như Au, Ag, Ru được lựa chọn để phân tán trên nền zirconium dioxit nhờ khả năng xúc tác mạnh và độ bền cao. Các kim loại này có vai trò quan trọng trong việc tăng hiệu suất phản ứng tổng hợp pentanoic axit. Nghiên cứu chỉ ra rằng, sự kết hợp giữa kim loại chuyển tiếp và chất mang tạo ra các trung tâm hoạt động mạnh, giúp tối ưu hóa quá trình phản ứng.
2.1. Lựa chọn kim loại
Các kim loại chuyển tiếp được lựa chọn dựa trên khả năng xúc tác và độ bền trong điều kiện phản ứng. Au, Ag, Ru được ưu tiên do khả năng tạo liên kết mạnh với chất mang và tăng hiệu suất phản ứng. Các kim loại này cũng có khả năng chống ăn mòn và ổn định ở nhiệt độ cao.
2.2. Ảnh hưởng đến phản ứng
Sự hiện diện của kim loại chuyển tiếp trên bề mặt zirconium dioxit tạo ra các trung tâm hoạt động mạnh, giúp tăng tốc độ phản ứng và độ chọn lọc sản phẩm. Các kết quả thực nghiệm cho thấy, xúc tác chứa Ru có hiệu suất cao nhất trong việc chuyển hóa LA và GVL thành pentanoic axit.
III. Zirconium dioxit
Zirconium dioxit được sử dụng làm chất mang cho xúc tác nhờ tính chất bền nhiệt, độ bền cơ học cao và khả năng tương tác tốt với các kim loại chuyển tiếp. Chất mang này giúp phân tán đều các hạt nano kim loại, tăng diện tích bề mặt hoạt động và cải thiện hiệu suất phản ứng. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, zirconium dioxit có khả năng ổn định cấu trúc xúc tác trong điều kiện phản ứng khắc nghiệt.
3.1. Tính chất chất mang
Zirconium dioxit có cấu trúc tinh thể bền vững, độ bền nhiệt cao và khả năng chống ăn mòn tốt. Các tính chất này giúp chất mang duy trì cấu trúc và hoạt tính xúc tác trong quá trình phản ứng. Ngoài ra, chất mang còn có khả năng tương tác mạnh với các kim loại chuyển tiếp, tạo ra các trung tâm hoạt động hiệu quả.
3.2. Ứng dụng trong xúc tác
Zirconium dioxit được sử dụng rộng rãi trong các hệ xúc tác dị thể nhờ khả năng phân tán đều các hạt nano kim loại và tăng diện tích bề mặt hoạt động. Trong nghiên cứu này, chất mang đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất phản ứng tổng hợp pentanoic axit.
IV. Tổng hợp pentanoic axit
Nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp pentanoic axit từ axit levulinic (LA) và gamma-valerolacton (GVL) sử dụng xúc tác nano kim loại chuyển tiếp trên nền zirconium dioxit. Quá trình phản ứng được thực hiện trong pha lỏng với sự có mặt của axit fomic làm nguồn cung cấp hydro nội sinh. Kết quả cho thấy, xúc tác có hiệu suất cao và độ chọn lọc tốt trong việc chuyển hóa LA và GVL thành pentanoic axit.
4.1. Quy trình phản ứng
Quy trình tổng hợp pentanoic axit bao gồm các bước hiđro hóa LA và GVL trong pha lỏng với sự có mặt của axit fomic. Xúc tác nano kim loại chuyển tiếp trên nền zirconium dioxit được sử dụng để tăng tốc độ phản ứng và độ chọn lọc sản phẩm. Các điều kiện phản ứng như nhiệt độ, thời gian và tỉ lệ chất phản ứng được tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao nhất.
4.2. Ứng dụng thực tế
Pentanoic axit là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp hóa chất, được sử dụng để sản xuất các este, phụ gia thực phẩm và hương liệu. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc sản xuất pentanoic axit từ nguồn nguyên liệu sinh khối, góp phần giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
