Химик РУДН создал катализатор для более эффективного окисления циклогексана

Смесь циклогесанола и циклогесанона (это два циклических органических соединения, которые отличаются друг от друга одним атомом водорода) — важный промежуточный продукт для получения адипиновой кислоты. Ее используют для производства бытовой химии, строительных материалов, пищевых добавок, полимеров и других веществ. В производстве циклогексанол и циклогесанон получают окислением циклогесана, причем обычно в нужный продукт превращается не более 5% исходного циклогесана. Это связано с тем, что циклогесанол и циклогесанон обладают большей реакционной активностью, чем их предшественник.

«Окисление циклогексана до циклогексанона и циклогексанола — важный промышленный процесс. Эти молекулы — ключевые промежуточные продукты в производстве капролактама и адипиновой кислоты, которые используют в синтезе полимеров нейлона-6 и нейлона-66. Промышленная конверсия матрицы обычно составляет менее 5%, поскольку целевые продукты более активны по сравнению с реагентом», — Рафаэль Луке, профессор Центра молекулярного дизайна и синтеза инновационных соединений для медицины РУДН.

Химик РУДН совместно с коллегами из Ирана и Испании создал катализатор 4.0%Pd-4.0%Ni/KIT-6 на основе двух металлов — палладия и никеля, которые закреплены на пористой структуре из диоксида кремния. Химики протестировали катализаторы с разным содержанием палладия и никеля, а также провели серию экспериментов, чтобы найти оптимальные условия реакции. Затем исследователи проверили, сколько раз можно использовать новый катализатор без потери эффективности.

Самым эффективным оказался катализатор с 4% палладия и 4% никеля. Реакция окисления циклогексана с таким катализатором идет под действием кислорода при 140℃ в растворе ацетонитрила. За восемь часов реакции окисляется 10,87% циклогексана, а селективность достигает 95,45%. Этот критерий применяется для оценки эффективности реакции и показывает отношение целевого продукта ко всем полученным в ходе реакции соединениям. При оптимальных условиях образуется всего 4,55% побочных продуктов. При повторном использовании эффективность катализатора снижается, но не сильно. За четыре цикла использования степень конверсии (количество окисленного циклогексана) упала с 10,87% до примерно до 8%.

«4,0%Pd-4,0%Ni/KIT-6 показал себя эффективным катализатором для окисления циклогексана до циклогексанола и циклогексанона, проявил отличную селективность (95,45%) и хороший выход (10,37%) для смеси циклогесанол-циклогесанон при оптимальных условиях реакции. Синергетическое взаимодействие двух металлов в катализаторе значительно повысило как выход итоговой смеси, так и селективность. Исследования возможности повторного использования нового катализатора в течение четырех реакционных циклов показали, что этот материал сохранил свою пористую структуру. Это говорит о превосходной стабильности без существенного снижения значений конверсии и селективности после четырех циклов», — Рафаэль Луке, профессор Центра молекулярного дизайна и синтеза инновационных соединений для медицины РУДН.

Результаты опубликованы в Journal of Industrial and Engineering Chemistry.