Descripción
Hidroximetilfurfural / HMF CAS 67-47-0
El 5-hidroximetilfurfural es una importante materia prima química. Contiene un grupo aldehído y un grupo hidroximetilo en su molécula y puede usarse para la síntesis de muchos compuestos útiles y nuevos materiales poliméricos, incluidos productos farmacéuticos, plásticos resinosos, aditivos para combustible diesel, etc., mediante hidrogenación, deshidrogenación oxidativa, esterificación, halogenación, polimerización, hidrólisis y otras reacciones químicas. En particular, los poliésteres PEF de base biológica basados en ácido furanodicarboxílico han demostrado muchas propiedades superiores al PET (tereftalato de polietileno) a base de petróleo.
Estándar
| Artículo | Especificación |
| Apariencia | Marrón y amarillo sólido |
| Punto de fusión | 28-34 °C |
| Punto de ebullición | 114-116 °C a 1 mm Hg |
| Densidad | 1.243g/mL a 25 °C |
Aplicación:
Se puede utilizar en envases de plástico degradables, materiales funcionales especiales, tensioactivos, sabores y fragancias y otras industrias farmacéuticas o de química fina.
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Almacenamiento:
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Avances de la investigación sobre la aplicación de catalizadores en la protección ambiental
1.Definición de catalizadores de protección ambiental Los catalizadores de protección ambiental se refieren a los catalizadores utilizados para proteger y mejorar el medio ambiente tratando sustancias tóxicas y peligrosas de forma directa o indirecta, haciéndolas inofensivas o reduciéndolas con el fin de proteger y mejorar el medio ambiente. El alcance de los catalizadores de protección ambiental puede considerarse como todos los catalizadores que son beneficiosos para la protección ambiental en un sentido amplio, incluidos los procesos de síntesis catalítica que no quieren o no producen subproductos nocivos; en sentido estricto, son los tipos de catalizadores implicados en la mejora del efecto invernadero, el agotamiento de la capa de ozono, la ampliación del alcance de la lluvia ácida y la contaminación de las masas de agua. Los catalizadores ambientales se dividen en directos e indirectos. Por ejemplo, el catalizador utilizado para eliminar los óxidos de nitrógeno (NOX) de los gases de escape pertenece al directo; y el catalizador utilizado para inhibir la producción de NOX en el proceso de combustión pertenece al indirecto.
2.1 Catalizadores para vehículos de combustión pobre Cuando los motores diésel funcionan en condiciones de combustión pobre, la relación aire-combustible (relación aire-combustible) de los motores de gasolina es superior a 17:1, o incluso superior. En este momento se puede mejorar mucho el rendimiento de potencia del motor, reduciendo las emisiones de CO, hidrocarburos y CO2, sin embargo, las emisiones de NOx aumentan considerablemente. Para los catalizadores de metales preciosos de tres efectos actualmente populares, una relación aire-combustible tan alta está más allá del rango operativo normal, por lo que no puede mejorar eficazmente la reducción de NOx. Por lo tanto, se deben desarrollar nuevos catalizadores para automóviles que puedan mejorar la conversión de NOx en condiciones pobres, y la reducción catalítica de NOx en condiciones pobres ha atraído el interés de los investigadores. Una vez que este catalizador se haya investigado con éxito, se utilizará ampliamente en vehículos con motores diésel y motores de gasolina pobres en aceite.
2.2 Investigación sobre la desulfuración de los gases de combustión El mejor método para la desulfuración de los gases de combustión es la reducción catalítica selectiva del SO2 a azufre elemental. Este método no sólo elimina la fuente de contaminación por SO2 en los gases de combustión, sino que también recupera el producto, es decir, azufre elemental sólido, que no sólo es fácil de transportar sino que también puede reutilizarse. En la actualidad, la mayoría de los métodos de reducción catalítica selectiva de SO2 a azufre elemental se encuentran en etapa de investigación. Los problemas son la interferencia del exceso de oxígeno en los gases de combustión en el proceso de reducción y el envenenamiento del catalizador.
2.3 Tratamiento de oxidación catalítica de aguas residuales orgánicas no degradables de alta concentración Con el desarrollo de las industrias farmacéutica, química y de tintes, cada vez hay más aguas residuales no degradables de alta concentración, que se caracterizan por una alta toxicidad de los contaminantes, una alta concentración de contaminantes, difíciles de biodegradar y un alto contenido de sales inorgánicas. Uno de los métodos más eficaces para tratar estas aguas residuales es la oxidación química. En la actualidad, la tecnología de oxidación catalítica húmeda de alta eficiencia es un tema de investigación popular. Este método puede oxidar directamente los contaminantes orgánicos en el agua u oxidar los contaminantes orgánicos de moléculas grandes en el agua en contaminantes orgánicos de moléculas pequeñas, para mejorar la bioquímica de las aguas residuales. Con un tratamiento bioquímico se pueden eliminar mejor los contaminantes orgánicos del agua. Este método se utiliza comúnmente para aumentar la oxidación catalítica de contaminantes orgánicos. Se pueden utilizar oxidantes: aire, peróxido de hidrógeno, ozono, hipoclorito de sodio y dióxido de cloro y otros oxidantes. La clave de este método es el desarrollo de catalizadores de oxidación no homogéneos altamente eficientes.
2.4 Tipos de catalizadores de protección ambiental y su uso en la situación actual Hay muchos tipos de problemas ambientales en la Tierra, y los problemas que deben resolverse urgentemente en la actualidad son: el efecto invernadero, la destrucción de la capa de ozono, la expansión del alcance de la lluvia ácida, la emisión de metales pesados y otros contaminantes ambientales, la reducción de las selvas tropicales y la desertificación del suelo, etc. Los tres primeros son los problemas más importantes del mundo. Los tres primeros de estos problemas son causados por sustancias químicas emitidas a la atmósfera. Por ejemplo, el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4) y el óxido nitroso (N2O) están relacionados con el efecto invernadero, el freón y el N2O destruyen la capa de ozono, y el dióxido de azufre (SO2) y los NOX son los principales factores en la formación de la lluvia ácida y el smog fotoquímico, que pueden eliminarse o reducirse principalmente mediante métodos químicos. Debido a la baja cantidad de reactivos involucrados en el proceso de emisión de los contaminantes anteriores, la temperatura de reacción es demasiado alta o demasiado baja, y el tiempo de contacto entre los reactivos y el catalizador es particularmente corto, etc., los catalizadores ambientales, en comparación con los catalizadores usados en otras reacciones químicas, son más difíciles de producir y tienen mayores requisitos en cuanto a la actividad, selectividad y durabilidad de los catalizadores.
2.5 Nuevos catalizadores de protección ambiental
2.5.1 Materiales de silicato La arcilla natural como la montmorillonita tiene una estructura similar a un tamiz molecular y es un portador de catalizador y un buen adsorbente para el tratamiento de iones de metales pesados en aguas residuales.Se utiliza ampliamente como portador de catalizadores de protección ambiental, como la purificación de gases de escape de automóviles, la desulfuración de gases de combustión, la desnitrificación y la combustión catalítica de gases residuales orgánicos.
2.5.2 El TiO2 es un semiconductor de tipo N con buena conductividad fotosensible, que se utiliza a menudo como portador de catalizador. Actualmente, el TiO2 se utiliza ampliamente como fotocatalizador y catalizador de electrodos. Vidrio, azulejos, muebles y telas para cortinas autolimpiables recubiertos con TiO2 activo catalizan y purifican automáticamente el aire interior bajo la irradiación de la luz solar y la luz.
2.5.3 El proceso biocatalítico suele basarse en materiales biológicos no tóxicos e inofensivos como materia prima, que pueden reaccionar a temperatura y presión ambiente, y el proceso es simple. Los biocatalizadores son catalizadores ecológicos ideales debido a su alta tasa de conversión, alta especificidad, bajos subproductos y uso repetido. 2.5.4 El líquido iónico a temperatura ambiente se puede utilizar como catalizador ácido y como disolvente verde. Con las ventajas de fácil producción, baja toxicidad, bajo precio, no combustible, rendimiento ajustable, etc., se prevé que será un catalizador respetuoso con el medio ambiente con el potencial de provocar una revolución en la industria química y buenas perspectivas para su aplicación industrial.
Background
Massive consumption of fossil fuels and growing environmental concerns are forcing a search for more sustainable energy resources. Lignocellulosic biomass is a widely available inedible carbon resource in the world that can be converted into renewable energy and high-value chemicals, and biomass-based chemicals can replace the vast majority of petrochemicals. Among them, the catalytic conversion of biomass-derived 5-hydroxymethylfurfural (HMF) platform compounds has been a popular area for high-value utilisation of lignocellulosic biomass in recent years.HMF has multiple functional groups and is prone to multiple side reactions during the conversion process, which affects the quality of chemical products. Therefore, the design and preparation of efficient green catalytic systems to convert HMF into a variety of high value-added chemicals, liquid fuels and additives by selectively breaking/functionalizing the specific functional groups of HMF is the key to realize the high value-added use of HMF.
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HMF oxidation Firstly, the authors summarised the main products generated by HMF oxidation and mainly discussed three HMF oxidation products 2,5 dicarbonylfuran (DFF), 5-hydroxymethyl-2 furan carboxylic acid (HMFCA) and 2,5 dicarboxylic acid furan (FDCA). The authors systematically introduced the catalyst systems for the selective oxidation of HMF for the preparation of the above three major products, discussing the effects of noble and non-precious metal catalysts, and reaction solvent acidity and alkalinity on the selectivity of the products, respectively. Secondly, the reaction mechanisms of HMF for the preparation of DFF, HMFCA and FDCA were summarised. In addition, the large-scale production of high-value chemicals prepared from HMF oxidation is partially discussed, especially the preparation of FDCA, and its techno-economic analysis is presented.
Fig. 1 HMF can be oxidized into many compounds that are obtained from petroleum sources
Fig. 2 Possible oxidation mechanism of HMF to DFF over ZnFe1.65Ru0.35O4. (Energy & Fuels, 2017, 31, 533-541.)
Fig. 3 Oxidation mechanism of HMF to HMFCA over AgO catalyst in the presence of H2O2. (ACS Sustain. Chem. Eng., 2020, 8, 8486-8495.)
Fig. 4 Oxidation mechanism of HMF to FDCA over holey Mn2O3 nanoflakes. (ChemSusChem, 2020, 13, 548-555)
HMF Hydrogenation Firstly, it is summarised that HFM can be hydrogenated to obtain a wide range of high-value chemicals, which can be used as fuels or fuel additives and have properties not inferior to petrochemicals. It focuses on the preparation of DHMF, DHMTHF, and DMF by HMF hydrogenation.Then, it summarises the effects of noble metal catalysts, non-precious metal catalysts, bimetallic catalysts, the nature of the carriers, and the effect of solvents on the HMF hydrogenation products. Due to the growing maturity of HMF to DMF, large-scale preparation of biomass-based DMF is possible. In this paper, examples of large-scale preparation of DMF are also presented and their techno-economics are analysed, indicating that biomass-based DMF has a good prospect for industrial application.
Fig. 5 A number of chemicals generated from the selective hydrogenation or hydrogenolysis of HMF.
Hydroxyaldol condensation In order to increase the carbon chain of HMF and improve the value of HMF, the aldehyde group of HMF can be used to increase the chain by hydroxyaldol condensation, and then further hydrodeoxygenation to obtain high-quality alkane fuels. This paper introduces the types of hydroxyaldol condensation that can occur in HMF, and takes the hydroxyaldol condensation reaction between HMF and acetone as an example to synthesise C9, C12 and C15 alkanes. The catalysts for hydroxyaldol condensation of HMF are also summarised.
Fig. 6 Aldol condensation with acetone followed by hydrogenation and hydrogenolysis.
Rehydration Reactions This paper firstly describes the mechanism of the rehydration reaction that occurs in HMF to produce acetylpropionic acid and formic acid. Acetylpropionic acid (LA) is another important biomass platform molecule, the catalytic system for the conversion of HMF to LA is mainly introduced, and the pathways for the conversion of LA to other important chemicals are briefly summarised.GVL is also an important biomass platform molecule, which can be obtained by the conversion of HMF, and the pathways for the conversion of GVL to other chemicals are briefly summarised as well.
7 Horvat's mechanism for HMF decomposition in presence of acid. (Energy & Fuels, 2011, 25, 4745-4755.)
Ammoniation The ammoniated products of HMF can be used as important intermediates in chemical and pharmaceutical fields. In this paper, a systematic overview of the ammonification reaction of HMF is given, with special reference to the catalyst types in the ammonification reaction of HMF and the effect of different amines. In addition, the authors summarise the recent progress of polymerisation, etherification and decarboxylation reactions of HMF.
7 Horvat's mechanism for HMF decomposition in presence of acid. (Energy & Fuels, 2011, 25, 4745-4755.)
Ammoniation The ammoniated products of HMF can be used as important intermediates in chemical and pharmaceutical fields. In this paper, a systematic overview of the ammonification reaction of HMF is given, with special reference to the catalyst types in the ammonification reaction of HMF and the effect of different amines. In addition, the authors summarise the recent progress of polymerisation, etherification and decarboxylation reactions of HMF. 
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