Voordelen van waterige katalytische reactie bij THFDM-synthese

Water is een veelgebruikt oplosmiddel op aarde, en het is niet giftig en niet vervuilend. Het is beter dan traditionele organische oplosmiddelen in termen van milieuvriendelijkheid. In de THFDM Bij het syntheseproces zijn traditionele organische oplosmiddelen niet alleen vluchtig en zeer giftig, maar ook schadelijk voor het milieu en de operators. Water als oplosmiddel veroorzaakt deze problemen niet. Het gebruik van waterige katalytische systemen kan de uitstoot van schadelijke oplosmiddelen aanzienlijk verminderen en het risico op lucht- en waterverontreiniging verminderen.
Verbeter de reactiesnelheid en selectiviteit
Het solvatatie-effect in waterige katalytische systemen helpt de reactiesnelheid te verhogen. Vanwege zijn polariteit en sterke waterstofbinding kan water tussenproducten of overgangstoestanden stabiliseren, waardoor de reactie wordt bevorderd. Tijdens de hydrogenering van furfural om THFDM te produceren kan de polariteit van water bijvoorbeeld de snelheid van de carbonyl- en olefinehydrogeneringsreacties verhogen. Vooral via bifunctionele katalysatoren helpt de aanwezigheid van water de toevoer van protonen te vergroten, waardoor het reductieproces wordt bevorderd en de efficiëntie van de vorming van THF-ringen wordt vergroot.
De hoge polariteit en waterstofbinding van water kunnen ook het actieve centrum van de katalysator beïnvloeden en de adsorptiecapaciteit van het substraat op het katalysatoroppervlak vergroten. In de aanwezigheid van katalysatoren op nikkel- of koperbasis kan water bijvoorbeeld helpen substraatmoleculen te activeren, waardoor het voor op biomassa gebaseerde grondstoffen zoals furfural of furfurylalcohol gemakkelijker wordt om met de katalysator te interageren, waardoor de selectiviteit van de reactie toeneemt. Katalyse in de waterfase kan soms het optreden van nevenreacties, zoals overmatige reductie of onnodige ontledingsreacties, aanzienlijk verminderen, waardoor de opbrengst aan het doelproduct THFDM toeneemt.
Verminder het energieverbruik
De hoge soortelijke warmtecapaciteit en thermische geleidbaarheid van water maken het tot een goed reactiemedium dat voldoende energie kan leveren om reacties bij lage temperaturen in stand te houden. Vergeleken met veel traditionele organische oplosmiddelsystemen die hoge temperaturen en drukken vereisen, worden waterfasereacties vaak onder mildere omstandigheden uitgevoerd, waardoor de afhankelijkheid van externe energiebronnen wordt verminderd en dus het energieverbruik wordt verminderd. Dit kenmerk van het verminderen van de energievraag is niet alleen in overeenstemming met de principes van groene chemie, maar verlaagt ook de reactiekosten, wat de economische voordelen aanzienlijk kan verbeteren, vooral bij grootschalige industriële synthese.