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Córdova-Pérez GE, Cortez-Elizalde J, Silahua-Pavón AA, Cervantes-Uribe A, Arévalo-Pérez JC, Cordero-Garcia A, de los Monteros AEE, Espinosa-González CG, Godavarthi S, Ortiz-Chi F, Guerra-Que Z, Torres-Torres JG. γ-Valerolactone Production from Levulinic Acid Hydrogenation Using Ni Supported Nanoparticles: Influence of Tungsten Loading and pH of Synthesis. NANOMATERIALS 2022; 12:nano12122017. [PMID: 35745357 PMCID: PMC9228888 DOI: 10.3390/nano12122017] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/12/2022] [Revised: 06/07/2022] [Accepted: 06/07/2022] [Indexed: 12/04/2022]
Abstract
γ-Valerolactone (GVL) has been considered an alternative as biofuel in the production of carbon-based chemicals; however, the use of noble metals and corrosive solvents has been a problem. In this work, Ni supported nanocatalysts were prepared to produce γ-Valerolactone from levulinic acid using methanol as solvent at a temperature of 170 °C utilizing 4 MPa of H2. Supports were modified at pH 3 using acetic acid (CH3COOH) and pH 9 using ammonium hydroxide (NH4OH) with different tungsten (W) loadings (1%, 3%, and 5%) by the Sol-gel method. Ni was deposited by the suspension impregnation method. The catalysts were characterized by various techniques including XRD, N2 physisorption, UV-Vis, SEM, TEM, XPS, H2-TPR, and Pyridine FTIR. Based on the study of acidity and activity relation, Ni dispersion due to the Lewis acid sites contributed by W at pH 9, producing nanoparticles smaller than 10 nm of Ni, and could be responsible for the high esterification activity of levulinic acid (LA) to Methyl levulinate being more selective to catalytic hydrogenation. Products and by-products were analyzed by 1H NMR. Optimum catalytic activity was obtained with 5% W at pH 9, with 80% yield after 24 h of reaction. The higher catalytic activity was attributed to the particle size and the amount of Lewis acid sites generated by modifying the pH of synthesis and the amount of W in the support due to the spillover effect.
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Affiliation(s)
- Gerardo E. Córdova-Pérez
- Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km.1 Carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, Cunduacan CP 86690, Tabasco, Mexico; (G.E.C.-P.); (J.C.-E.); (A.A.S.-P.); (A.C.-U.); (J.C.A.-P.); (A.C.-G.); (A.E.E.d.l.M.)
| | - Jorge Cortez-Elizalde
- Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km.1 Carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, Cunduacan CP 86690, Tabasco, Mexico; (G.E.C.-P.); (J.C.-E.); (A.A.S.-P.); (A.C.-U.); (J.C.A.-P.); (A.C.-G.); (A.E.E.d.l.M.)
| | - Adib Abiu Silahua-Pavón
- Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km.1 Carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, Cunduacan CP 86690, Tabasco, Mexico; (G.E.C.-P.); (J.C.-E.); (A.A.S.-P.); (A.C.-U.); (J.C.A.-P.); (A.C.-G.); (A.E.E.d.l.M.)
| | - Adrián Cervantes-Uribe
- Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km.1 Carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, Cunduacan CP 86690, Tabasco, Mexico; (G.E.C.-P.); (J.C.-E.); (A.A.S.-P.); (A.C.-U.); (J.C.A.-P.); (A.C.-G.); (A.E.E.d.l.M.)
| | - Juan Carlos Arévalo-Pérez
- Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km.1 Carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, Cunduacan CP 86690, Tabasco, Mexico; (G.E.C.-P.); (J.C.-E.); (A.A.S.-P.); (A.C.-U.); (J.C.A.-P.); (A.C.-G.); (A.E.E.d.l.M.)
| | - Adrián Cordero-Garcia
- Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km.1 Carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, Cunduacan CP 86690, Tabasco, Mexico; (G.E.C.-P.); (J.C.-E.); (A.A.S.-P.); (A.C.-U.); (J.C.A.-P.); (A.C.-G.); (A.E.E.d.l.M.)
| | - Alejandra E. Espinosa de los Monteros
- Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km.1 Carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, Cunduacan CP 86690, Tabasco, Mexico; (G.E.C.-P.); (J.C.-E.); (A.A.S.-P.); (A.C.-U.); (J.C.A.-P.); (A.C.-G.); (A.E.E.d.l.M.)
| | - Claudia G. Espinosa-González
- Investigadoras e Investigadores por Mexico, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, División Académica de Ciencias Básicas, Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), Km.1 Carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, Cunduacan CP 86690, Tabasco, Mexico; (C.G.E.-G.); (S.G.); (F.O.-C.)
| | - Srinivas Godavarthi
- Investigadoras e Investigadores por Mexico, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, División Académica de Ciencias Básicas, Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), Km.1 Carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, Cunduacan CP 86690, Tabasco, Mexico; (C.G.E.-G.); (S.G.); (F.O.-C.)
| | - Filiberto Ortiz-Chi
- Investigadoras e Investigadores por Mexico, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, División Académica de Ciencias Básicas, Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), Km.1 Carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, Cunduacan CP 86690, Tabasco, Mexico; (C.G.E.-G.); (S.G.); (F.O.-C.)
| | - Zenaida Guerra-Que
- Tecnológico Nacional de México Campus Villahermosa, Laboratorio de Investigción 1 Área de Nanotecnología, Km. 3.5 Carretera Villahermosa–Frontera, Cd. Industrial, Villahermosa CP 86010, Tabasco, Mexico;
| | - José Gilberto Torres-Torres
- Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km.1 Carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, Cunduacan CP 86690, Tabasco, Mexico; (G.E.C.-P.); (J.C.-E.); (A.A.S.-P.); (A.C.-U.); (J.C.A.-P.); (A.C.-G.); (A.E.E.d.l.M.)
- Correspondence: ; Tel.: +52-191-4336-0300; Fax: +52-191-4336-0928
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