Nr wniosku: 164595, nr raportu: 12672. Kierownik (z rap.): dr

Nr wniosku: 164595, nr raportu: 12672. Kierownik (z rap.): dr

Nr wniosku: 164595, nr raportu: 12672. Kierownik (z rap.): dr Katarzyna Joanna Stawicka
W ramach realizacji projektu otrzymano nową grupę katalizatorów bazujących na mezoporowatych piankach
komórkowych (MCF) oraz mezoporowatych tlenkach niobu i wolframu. Nośniki MCF poddano modyfikacji prekursorem
metalu (Nb, Ta, Al) i/lub fosforem i/lub (3-merkaptopropylo)trimetoksysilanem (MPTMS) lub cząsteczkami
organicznymi zgodnie z zasadami „chemii klik” a tlenki metali MPTMS i/lub fosforem. Dodatkowo otrzymano materiały
MCF modyfikowane 2-(4-chlorosulfonylofenylo)etylotrimetoksysilanem (CSPTMS) lub prekursorem Mo oraz Zr lub Cu
i/lub MPTMS oraz mezoporowaty Ta2 O5 . Otrzymane układy katalityczne poddano bogatej charakterystyce z
zastosowaniem wielu technik analitycznych oraz określono ich aktywność w estryfikacji kwasu octowego glicerolem, tj.
reakcji umożliwiającej uzyskanie triacetyloglicerolu (TAG), substancji wykorzystywanej jako dodatek do biodiesla.
Otrzymanie wysokich ilości tego produktu wymaga obecności katalizatorów posiadających silne centra kwasowe typu
Brønsteda (BAS). W związku z powyższym reakcja estryfikacji była wykorzystana jako test kwasowości dla otrzymanych
kontaktów. W ramach przeprowadzonych badań wykonano ponadto monitoring in-situ syntez wybranych materiałów
MCF w celu sprecyzowania mechanizmu ich tworzenia oraz powstawania na ich powierzchni centrów kwasowych oraz
monitoring acetalizacji glicerolu acetonem i utleniania cykloheksenu nadtlenkiem wodoru w obecności wybranej grupy
kontaktów.
Zastosowanie do otrzymania katalizatorów różnych ilości, rodzaju i sposobu wprowadzania składnika aktywnego w
połączeniu z wszechstronną charakterystyką katalizatorów i monitoringiem in-situ syntez MCF pozwoliło na wybranie
efektywnych metod preparatyki oraz modyfikacji katalizatorów, wpływających na aktywność otrzymanego kontaktu.
Wyniki badań uzyskane w ramach projektu pozwoliły określić i) wpływ zastosowanego nośnika i sposobu jego
modyfikacji na ilość wprowadzonego modyfikatora, ii) znaczenie ilości i rodzaju użytego modyfikatora oraz czasu
syntezy kontaktu na uzyskane parametry teksturalno/strukturalne katalizatora i efektywność wprowadzania do jego
struktury lub na powierzchnię innych składników aktywnych, iii) rolę jaką odgrywa modyfikator i czas syntezy kontaktu
na szybkość oraz efektywność tworzenia się centrów aktywnych – grup sulfonowych, pełniących rolę centrów
kwasowych typu Brønsteda (BAS).
Wykazano, że otrzymane w ramach projektu katalizatory posiadały silne centra kwasowe typu BAS pozwalające na
uzyskanie wysokich wydajności TAG. Najwyższą aktywność w badanym procesie estryfikacji posiadały materiały MCF
modyfikowane metalem i/lub fosforem i/lub MPTMS lub MCF funkcjonalizowany CSPTMS. Wymienione kontakty
charakteryzowały się odpowiednio silnymi centrami kwasowymi lub posiadały ich dużą ilość. Na tej podstawie
stwierdzono, że aktywność katalizatora w estryfikacji kwasu octowego glicerolem zależy zarówno od liczby jak i mocy
centrów kwasowych typu BAS. Mezoporowate tlenki metali i materiały MCF modyfikowane grupami organicznymi
zgodnie z zasadami „chemii klik” nie były aktywne w badanej reakcji estryfikacji z powodu wymycia fazy aktywnej z
powierzchni tlenków lub blokady centrów aktywnych przez cząsteczki wody w modyfikowanych materiałach MCF.
Wykonany monitoring in-situ syntez MCF pozwolił natomiast na skrócenie czasu preparatyki katalizatorów MCF, które
nadal wykazywały wysoką aktywność katalityczną w estryfikacji kwasu octowego glicerolem, a przeprowadzony
monitoring acetalizacji glicerolu i utleniania cykloheksenu pozwolił na szybką i efektywną zmianę warunków reakcji w
obecności otrzymanych katalizatorów w celu zwiększenia wydajności procesu i otrzymania wymaganych produktów
reakcji.
Uzyskane wyniki badań stanowią cenny wkład w rozwój katalizy heterogenicznej poprzez wskazanie nowych metod
syntez katalizatorów posiadających silne centra kwasowe BAS oraz ukazanie możliwości zastosowania analiz
spektroskopowych do śledzenia w czasie syntez kontaktów lub reakcji chemicznych, co pozwala na uzyskanie wielu
ważnych informacji dotyczących celowego projektowania katalizatorów i doboru odpowiednich parametrów reakcji,
mających na celu otrzymanie zadawalających konwersji substratów i wymaganych produktów reakcji. Przedstawione
badania stanowią także cenny wkład w rozwój gospodarki państwowej poprzez możliwość efektywnego
zagospodarowania glicerolu, produktu ubocznego, który otrzymywany jest w dużych ilościach w trakcie syntezy
biodiesla. Kompetentne zagospodarowanie glicerolu przyczynia się również do ochrony środowiska poprzez uniknięcie
potrzeby jego utylizacji, co jest także korzystne ze względów ekonomicznych. Ponadto przeprowadzona w ramach
projektu acetalizacja glicerolu i utlenianie cykloheksenu, umożliwiają otrzymanie wielu cennych związków chemicznych,
na które istnieje zapotrzebowanie na rynku.