Фундаментальные основы создания бифункциональных каталитических систем для процессов одностадийной переработки полисахаридов лигноцеллюлозной биомассы в полиолы

Цель: разработка фундаментальных основ для создания эффективного бифункционального катализатора на основе наночастиц рутения и твердых кислотных полиоксометаллатов для одностадийного (one-pot) процесса гидролиза - гидрирования возобновляемого растительного полисахаридного сырья (целлюлозы и гемицеллюлозы ксилана) в ценные химические соединения - многоатомные спирты. Разработаны методики синтеза и приготовлены бифункциональные катализаторы 1 - 3%-ного Ru, нанесенного на цезиевые, ниобиевые и циркониевые соли фосфорных и кремниевых гетерополикислот (ГПК) - Cs-ГПК, Nb-ГПК и Zr-ГПК, а также ГПК, иммобилизованные на оксидах ниобия (V) и циркония (IV) и прокаленные при температурах 110 - 650°С (ГПК/Nb₂O₅ и ГПК/ZrO₂). Предложены методики гидролиза - гидрирования целлюлозы и гемицеллюлозы ксилана в сорбитол и ксилитол при 180 - 190°С и давлении H₂ 50 атм, ВЭЖХ-анализа продуктов, и проведены испытания катализаторов. Обнаружен синергетический эффект при использовании бифункционального катализатора. Наиболее перспективный катализатор 1%Ru/Сs₃HSiW₁₂O₄₀. Максимальные выходы сорбитола и ксилитола составили 62 и 31% соответственно, что превышает литературные данные. Установлено, что растворение полисахарида - лимитирующая стадия процесса. Энергия активации превращения целлюлозы - 120 кДж/моль. Разработана кинетическая модель превращения целлюлозы в сорбитол, описывающая экспериментальные результаты с высокой точностью.