From Sugars to Wheels: The Conversion of Ethanol to 1,3‐Butadiene over Metal‐Promoted Magnesia‐Silicate Catalysts

催化作用 硅酸盐 金属 化学 化学工程 1,3-丁二烯 无机化学 材料科学 乙醇 有机化学 工程类
作者
Sankaranarayanapillai Shylesh,Amit A. Gokhale,Corinne D. Scown,Daeyoup Kim,Christopher R. Ho,Alexis T. Bell
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:9 (12): 1462-1472 被引量:96
标识
DOI:10.1002/cssc.201600195
摘要

1,3-Butadiene (1,3-BD) is a high-value chemical intermediate used mainly as a monomer for the production of synthetic rubbers. The ability to source 1,3-BD from biomass is of considerable current interest because it offers the potential to reduce the life-cycle greenhouse gas (GHG) impact associated with 1,3-BD production from petroleum-derived naphtha. Herein, we report the development and investigation of a new catalyst and process for the one-step conversion of ethanol to 1,3-BD. The catalyst is prepared by the incipient impregnation of magnesium oxide onto a silica support followed by the deposition of Au nanoparticles by deposition-precipitation. The resulting Au/MgO-SiO2 catalyst exhibits a high activity and selectivity to 1,3-BD and low selectivities to diethyl ether, ethylene, and butenes. Detailed characterization of the catalyst shows that the desirable activity and selectivity of Au/MgO-SiO2 are a consequence of a critical balance between the acidic-basic sites associated with a magnesium silicate hydrate phase and the redox properties of the Au nanoparticles. A process for the conversion of ethanol to 1,3-BD, which uses our catalyst, is proposed and analyzed to determine the life-cycle GHG impact of the production of this product from biomass-derived ethanol. We show that 1,3-BD produced by our process can reduce GHG emissions by as much as 155 % relative to the conventional petroleum-based production of 1,3-BD.
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