Descrizione
Idrossimetilfurfurale / HMF CAS 67-47-0
Il 5-idrossimetilfurfurale è un'importante materia prima chimica. Contiene un gruppo aldeide e un gruppo idrossimetilico nella sua molecola e può essere utilizzato per la sintesi di molti composti utili e nuovi materiali polimerici, tra cui prodotti farmaceutici, plastiche resinose, additivi per carburanti diesel, ecc. attraverso idrogenazione, deidrogenazione ossidativa, esterificazione, alogenazione, polimerizzazione, idrolisi e altre reazioni chimiche. In particolare, i poliesteri PEF biobased basati sull'acido furanedicarbossilico hanno dimostrato di possedere molte proprietà superiori al PET (polietilene tereftalato) derivato dal petrolio.
Standard
| Articolo | Specifiche |
| Aspetto | Solido marrone e giallo |
| Punto di fusione | 28-34 °C |
| Punto di ebollizione | 114-116 °C a 1 mm Hg |
| Densità | 1,243g/mL a 25 °C |
Applicazione:
Può essere utilizzato negli imballaggi in plastica degradabile, nei materiali funzionali speciali, nei tensioattivi, negli aromi e profumi e in altri settori della chimica fine o farmaceutica.
Package:25 kg/tamburo
Stoccaggio:
Sensibile all'aria, alla luce e al calore, con un forte assorbimento di umidità.
Sigillare e conservare a bassa temperatura (<0 ℃).
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Progressi della ricerca sull'applicazione dei catalizzatori nella protezione ambientale
Definizione di catalizzatori per la protezione dell'ambiente I catalizzatori per la protezione dell'ambiente si riferiscono ai catalizzatori utilizzati per proteggere e migliorare l'ambiente circostante, trattando sostanze tossiche e pericolose in modo diretto o indiretto, rendendole innocue o riducendole al fine di proteggere e migliorare l'ambiente circostante. Il campo di applicazione dei catalizzatori per la protezione ambientale può essere considerato come l'insieme dei catalizzatori utili alla protezione dell'ambiente in senso lato, compresi i processi di sintesi catalitica che non vogliono o non producono sottoprodotti nocivi; in senso stretto, sono i tipi di catalizzatori coinvolti nel miglioramento dell'effetto serra, nell'assottigliamento dello strato di ozono, nell'ampliamento del campo di applicazione delle piogge acide e nell'inquinamento dei corpi idrici. I catalizzatori ambientali si dividono in diretti e indiretti. Ad esempio, il catalizzatore utilizzato per rimuovere gli ossidi di azoto (NOX) dai gas di scarico appartiene a quello diretto; il catalizzatore utilizzato per inibire la produzione di NOX nel processo di combustione appartiene a quello indiretto.
2.1 Catalizzatori per veicoli a combustione magra Quando i motori diesel funzionano in condizioni di combustione magra, il rapporto aria-carburante (rapporto tra aria e carburante) dei motori a benzina è superiore a 17:1, o addirittura superiore. In questo caso, le prestazioni del motore possono essere notevolmente migliorate, riducendo le emissioni di CO, idrocarburi e CO2, ma le emissioni di NOx aumentano notevolmente. Per i catalizzatori a tre effetti di metalli preziosi attualmente in uso, un rapporto aria-carburante così elevato è al di là del normale intervallo operativo e non può quindi migliorare efficacemente la riduzione degli NOx. Pertanto, è necessario sviluppare nuovi catalizzatori per autoveicoli in grado di migliorare la conversione degli NOx in condizioni di magra e la riduzione catalitica degli NOx in condizioni di magra ha attirato l'interesse dei ricercatori. Una volta che questo catalizzatore sarà studiato con successo, sarà ampiamente utilizzato nei veicoli con motori diesel e motori a benzina poveri di petrolio.
2.2 Ricerca sulla desolforazione dei gas di scarico Il metodo migliore per la desolforazione dei gas di scarico è la riduzione catalitica selettiva della SO2 a zolfo elementare. Questo metodo non solo elimina la fonte di inquinamento da SO2 nei gas di scarico, ma recupera anche il prodotto, cioè lo zolfo elementare solido, che non solo è facile da trasportare, ma può anche essere riutilizzato. Attualmente, la maggior parte dei metodi di riduzione catalitica selettiva della SO2 a zolfo elementare è in fase di ricerca. I problemi sono l'interferenza dell'ossigeno in eccesso nei gas di scarico nel processo di riduzione e l'avvelenamento del catalizzatore.
2.3 Trattamento di ossidazione catalitica di acque reflue organiche non degradabili ad alta concentrazione Con lo sviluppo dell'industria farmaceutica, chimica e dei coloranti, sono sempre più numerose le acque reflue non degradabili ad alta concentrazione, caratterizzate da un'elevata tossicità degli inquinanti, da un'alta concentrazione di inquinanti, da una difficile biodegradazione e da un alto contenuto di sali inorganici. Uno dei metodi più efficaci per trattare tali acque reflue è l'ossidazione chimica. Attualmente, la tecnologia di ossidazione catalitica a umido ad alta efficienza è un argomento di ricerca molto popolare. Questo metodo può ossidare direttamente gli inquinanti organici presenti nell'acqua o ossidare gli inquinanti organici a grande molecola presenti nell'acqua in inquinanti organici a piccola molecola, al fine di migliorare la biochimica delle acque reflue. Con il trattamento biochimico è possibile rimuovere meglio gli inquinanti organici presenti nell'acqua. Questo metodo è comunemente utilizzato per aumentare l'ossidazione catalitica degli inquinanti organici. Possono essere utilizzati ossidanti: aria, perossido di idrogeno, ozono, ipoclorito di sodio, biossido di cloro e altri ossidanti. La chiave di questo metodo è lo sviluppo di catalizzatori di ossidazione non omogenei altamente efficienti.
2.4 Tipi di catalizzatori per la protezione dell'ambiente e utilizzo nella situazione attuale I problemi ambientali sulla terra sono di vario tipo e quelli che attualmente devono essere risolti con urgenza sono: l'effetto serra, la distruzione dello strato di ozono, l'espansione della portata delle piogge acide, l'emissione di metalli pesanti e altri inquinanti ambientali, la riduzione delle foreste pluviali tropicali e la desertificazione del suolo, ecc. I primi tre sono i problemi più importanti del mondo. I primi tre di questi problemi sono causati da sostanze chimiche emesse nell'atmosfera. Ad esempio, l'anidride carbonica (CO2), il metano (CH4) e il protossido di azoto (N2O) sono tutti legati all'effetto serra, il freon e l'N2O distruggono lo strato di ozono, mentre l'anidride solforosa (SO2) e gli NOX sono i principali fattori di formazione delle piogge acide e dello smog fotochimico, che possono essere eliminati o ridotti principalmente con metodi chimici. A causa della bassa quantità di reagenti coinvolti nel processo di emissione dei suddetti inquinanti, della temperatura di reazione troppo alta o troppo bassa e del tempo di contatto tra i reagenti e il catalizzatore particolarmente breve, ecc. i catalizzatori ambientali, rispetto ai catalizzatori utilizzati in altre reazioni chimiche, sono più difficili da produrre e presentano requisiti più elevati in termini di attività, selettività e durata dei catalizzatori.
2.5 Nuovi catalizzatori per la protezione dell'ambiente
2.5.1 Materiali silicati L'argilla naturale, come la montmorillonite, ha una struttura simile a un setaccio molecolare ed è un vettore di catalizzatori e un buon adsorbente per il trattamento degli ioni di metalli pesanti nelle acque reflue. È ampiamente utilizzata come vettore di catalizzatori per la protezione ambientale, come la purificazione dei gas di scarico delle automobili, la desolforazione dei gas di scarico, la denitrificazione e la combustione catalitica dei gas di scarico organici.
2.5.2 Il TiO2 è un semiconduttore di tipo N con una buona conduttività fotosensibile, spesso utilizzato come vettore catalitico. Oggi il TiO2 è ampiamente utilizzato come fotocatalizzatore e catalizzatore di elettrodi. I vetri, le piastrelle, i mobili e le tende autopulenti rivestiti di TiO2 attivo catalizzano e purificano automaticamente l'aria interna sotto l'irradiazione della luce solare e della luce.
2.5.3 Il processo biocatalitico si basa solitamente su materiali biologici non tossici e innocui come materie prime, che possono essere fatti reagire a temperatura e pressione ambiente e il processo è semplice. I biocatalizzatori sono catalizzatori verdi ideali per il loro alto tasso di conversione, l'elevata specificità, i bassi sottoprodotti e l'uso ripetuto. 2.5.4 Il liquido ionico a temperatura ambiente può essere utilizzato sia come catalizzatore acido che come solvente verde. Grazie ai vantaggi della facilità di produzione, della bassa tossicità, del prezzo contenuto, dell'incombustibilità, delle prestazioni regolabili, ecc. si prevede che sarà un catalizzatore ecologico con il potenziale di provocare una rivoluzione nell'industria chimica e buone prospettive di applicazione industriale.
Sfondo
Il consumo massiccio di combustibili fossili e le crescenti preoccupazioni ambientali spingono a cercare risorse energetiche più sostenibili. La biomassa lignocellulosica è una risorsa di carbonio non commestibile ampiamente disponibile nel mondo che può essere convertita in energia rinnovabile e in prodotti chimici di alto valore, e i prodotti chimici a base di biomassa possono sostituire la maggior parte dei prodotti petrolchimici. Tra questi, la conversione catalitica dei composti della piattaforma del 5-idrossimetilfurfurale (HMF) derivato dalla biomassa è stata un'area popolare per l'utilizzo ad alto valore della biomassa lignocellulosica negli ultimi anni. L'HMF ha molteplici gruppi funzionali ed è soggetto a molteplici reazioni collaterali durante il processo di conversione, che influiscono sulla qualità dei prodotti chimici. Pertanto, la progettazione e la preparazione di efficienti sistemi catalitici verdi per convertire l'HMF in una varietà di prodotti chimici, combustibili liquidi e additivi ad alto valore aggiunto, rompendo/funzionalizzando selettivamente gli specifici gruppi funzionali dell'HMF, è la chiave per realizzare l'uso ad alto valore aggiunto dell'HMF.
Per saperne di più
Ossidazione dell'HMF In primo luogo, gli autori hanno riassunto i principali prodotti generati dall'ossidazione dell'HMF e hanno discusso principalmente i tre prodotti di ossidazione dell'HMF: il 2,5 dicarbonilfurano (DFF), l'acido carbossilico 5-idrossimetil-2 furano (HMFCA) e l'acido furanico 2,5 dicarbossilico (FDCA). Gli autori hanno introdotto sistematicamente i sistemi catalitici per l'ossidazione selettiva dell'HMF per la preparazione dei tre prodotti principali sopra citati, discutendo gli effetti dei catalizzatori in metalli nobili e non, e l'acidità e l'alcalinità del solvente di reazione sulla selettività dei prodotti, rispettivamente. In secondo luogo, sono stati riassunti i meccanismi di reazione dell'HMF per la preparazione di DFF, HMFCA e FDCA. Inoltre, viene parzialmente discussa la produzione su larga scala di prodotti chimici di alto valore preparati dall'ossidazione dell'HMF, in particolare la preparazione dell'FDCA, di cui viene presentata l'analisi tecno-economica.
Fig. 1 L'HMF può essere ossidato in molti composti ottenuti da fonti petrolifere.
Fig. 2 Possibile meccanismo di ossidazione dell'HMF a DFF su ZnFe1.65Ru0.35O4. (Energia e combustibili, 2017, 31, 533-541.)
Fig. 3 Meccanismo di ossidazione dell'HMF a HMFCA su catalizzatore AgO in presenza di H2O2. (ACS Sustain. Chem. Eng., 2020, 8, 8486-8495.)
Fig. 4 Meccanismo di ossidazione dell'HMF a FDCA su Mn bucherellato2O3 nanofiocchi. (ChemSusChem, 2020, 13, 548-555)
Idrogenazione dell'HMF In primo luogo, si riassume che l'HFM può essere idrogenato per ottenere un'ampia gamma di prodotti chimici di alto valore, che possono essere utilizzati come carburanti o additivi per carburanti e hanno proprietà non inferiori ai prodotti petrolchimici. L'articolo si concentra sulla preparazione di DHMF, DHMTHF e DMF mediante idrogenazione dell'HMF e riassume gli effetti dei catalizzatori di metalli nobili, dei catalizzatori di metalli non preziosi, dei catalizzatori bimetallici, della natura dei carrier e dell'effetto dei solventi sui prodotti di idrogenazione dell'HMF. Data la crescente maturità dell'HMF in DMF, è possibile la preparazione su larga scala di DMF a base di biomassa. In questo lavoro vengono presentati anche esempi di preparazione su larga scala di DMF e ne viene analizzata la tecno-economia, indicando che il DMF a base di biomassa ha buone prospettive di applicazione industriale.
Fig. 5 Una serie di sostanze chimiche generate dall'idrogenazione o idrogenolisi selettiva dell'HMF.
Condensazione dell'idrossialdolo Per aumentare la catena carboniosa dell'HMF e migliorarne il valore, il gruppo aldeidico dell'HMF può essere utilizzato per aumentare la catena tramite la condensazione dell'idrossialdolo, e poi per un'ulteriore idrodeossigenazione per ottenere combustibili alcani di alta qualità. Questo articolo introduce i tipi di condensazione dell'idrossialdolo che possono verificarsi nell'HMF e prende come esempio la reazione di condensazione dell'idrossialdolo tra HMF e acetone per sintetizzare alcani C9, C12 e C15. Vengono inoltre riassunti i catalizzatori per la condensazione dell'idrossialdolo dell'HMF.
Fig. 6 Condensazione aldolica con acetone seguita da idrogenazione e idrogenolisi.
Reazioni di reidratazione Questo articolo descrive innanzitutto il meccanismo della reazione di reidratazione che avviene nell'HMF per produrre acido acetilpropionico e acido formico. L'acido acetilpropionico (LA) è un'altra importante molecola piattaforma della biomassa; viene introdotto principalmente il sistema catalitico per la conversione dell'HMF in LA e vengono brevemente riassunti i percorsi per la conversione del LA in altre importanti sostanze chimiche.
7 Meccanismo di Horvat per la decomposizione dell'HMF in presenza di acido. (Energia e combustibili, 2011, 25, 4745-4755.)
Ammonizzazione I prodotti ammoniacati dell'HMF possono essere utilizzati come importanti intermedi in campo chimico e farmaceutico. In questo articolo viene fornita una panoramica sistematica della reazione di ammonificazione dell'HMF, con particolare riferimento ai tipi di catalizzatori nella reazione di ammonificazione dell'HMF e all'effetto di diverse ammine. Inoltre, gli autori riassumono i recenti progressi delle reazioni di polimerizzazione, eterificazione e decarbossilazione dell'HMF.
7 Meccanismo di Horvat per la decomposizione dell'HMF in presenza di acido. (Energia e combustibili, 2011, 25, 4745-4755.)
Ammonizzazione I prodotti ammoniacati dell'HMF possono essere utilizzati come importanti intermedi in campo chimico e farmaceutico. In questo articolo viene fornita una panoramica sistematica della reazione di ammonificazione dell'HMF, con particolare riferimento ai tipi di catalizzatori nella reazione di ammonificazione dell'HMF e all'effetto di diverse ammine. Inoltre, gli autori riassumono i recenti progressi delle reazioni di polimerizzazione, eterificazione e decarbossilazione dell'HMF. 
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