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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 (Basel) 2022; 12:nano12122017. [PMID: 35745357 PMCID: PMC9228888 DOI: 10.3390/nano12122017] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [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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Guerra-Que Z, Cortez-Elizalde J, Pérez-Vidal H, Arévalo-Pérez JC, Silahua-Pavón AA, Córdova-Pérez GE, Cuauhtémoc-López I, Martínez-García H, González-Díaz A, Torres-Torres JG. Bimetallic M-Cu (M = Ag, Au, Ni) Nanoparticles Supported on γAl 2O 3-CeO 2 Synthesized by a Redox Method Applied in Wet Oxidation of Phenol in Aqueous Solution and Petroleum Refinery Wastewater. Nanomaterials (Basel) 2021; 11:2570. [PMID: 34685011 PMCID: PMC8541079 DOI: 10.3390/nano11102570] [Citation(s) in RCA: 1] [Impact Index Per Article: 0.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/02/2021] [Revised: 06/27/2021] [Accepted: 06/28/2021] [Indexed: 11/30/2022]
Abstract
Three bimetallic catalysts of the type M-Cu with M = Ag, Au and Ni supports were successfully prepared by a two-step synthesized method using Cu/Al2O3-CeO2 as the base monometallic catalyst. The nanocatalysts were characterized using X-ray diffraction (XRD), temperature-programmed reduction of H2 (H2-TPR), N2 adsorption-desorption, scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), transmission electron microscopy (TEM) and ultraviolet-visible spectroscopy with diffuse reflectance (DR-UV-Vis) techniques. This synthesized methodology allowed a close interaction between two metals on the support surface; therefore, it could have synthesized an efficient transition-noble mixture bimetallic nanostructure. Alloy formation through bimetallic nanoparticles (BNPs) of AgCuAlCe and AuCuAlCe was demonstrated by DR-UV-Vis, EDS, TEM and H2-TPR. Furthermore, in the case of AgCuAlCe and AuCuAlCe, improvements were observed in their reducibility, in contrast to NiCuAlCe. The addition of a noble metal over the monometallic copper-based catalyst drastically improved the phenol mineralization. The higher activity and selectivity to CO2 of the bimetallic gold-copper- and silver-copper-supported catalysts can be attributed to the alloy compound formation and the synergetic effect of the M-Cu interaction. Petroleum Refinery Wastewater (PRW) had a complex composition that affected the applied single CWAO treatment, rendering it inefficient.
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Affiliation(s)
- Zenaida Guerra-Que
- Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km. 1 carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, C.P., Cunduacán 86690, Tabasco, Mexico; (J.C.-E.); (H.P.-V.); (J.C.A.-P.); (A.A.S.-P.); (G.E.C.-P.); (I.C.-L.); (H.M.-G.)
- Laboratorio de Investigación 1 Área de Nanotecnología, Tecnológico Nacional de México Campus Villahermosa, Km. 3.5 Carretera Villahermosa–Frontera, Cd. Industrial, C.P., Villahermosa 86010, Tabasco, Mexico
| | - Jorge Cortez-Elizalde
- Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km. 1 carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, C.P., Cunduacán 86690, Tabasco, Mexico; (J.C.-E.); (H.P.-V.); (J.C.A.-P.); (A.A.S.-P.); (G.E.C.-P.); (I.C.-L.); (H.M.-G.)
| | - Hermicenda Pérez-Vidal
- Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km. 1 carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, C.P., Cunduacán 86690, Tabasco, Mexico; (J.C.-E.); (H.P.-V.); (J.C.A.-P.); (A.A.S.-P.); (G.E.C.-P.); (I.C.-L.); (H.M.-G.)
| | - Juan C. Arévalo-Pérez
- Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km. 1 carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, C.P., Cunduacán 86690, Tabasco, Mexico; (J.C.-E.); (H.P.-V.); (J.C.A.-P.); (A.A.S.-P.); (G.E.C.-P.); (I.C.-L.); (H.M.-G.)
| | - Adib A. Silahua-Pavón
- Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km. 1 carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, C.P., Cunduacán 86690, Tabasco, Mexico; (J.C.-E.); (H.P.-V.); (J.C.A.-P.); (A.A.S.-P.); (G.E.C.-P.); (I.C.-L.); (H.M.-G.)
| | - Gerardo E. Córdova-Pérez
- Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km. 1 carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, C.P., Cunduacán 86690, Tabasco, Mexico; (J.C.-E.); (H.P.-V.); (J.C.A.-P.); (A.A.S.-P.); (G.E.C.-P.); (I.C.-L.); (H.M.-G.)
| | - Ignacio Cuauhtémoc-López
- Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km. 1 carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, C.P., Cunduacán 86690, Tabasco, Mexico; (J.C.-E.); (H.P.-V.); (J.C.A.-P.); (A.A.S.-P.); (G.E.C.-P.); (I.C.-L.); (H.M.-G.)
| | - Héctor Martínez-García
- Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km. 1 carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, C.P., Cunduacán 86690, Tabasco, Mexico; (J.C.-E.); (H.P.-V.); (J.C.A.-P.); (A.A.S.-P.); (G.E.C.-P.); (I.C.-L.); (H.M.-G.)
| | - Anabel González-Díaz
- Laboratorio de Análisis y Caracterización, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, DAIA, Km. 1 Carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, C.P., Cunduacán 86690, Tabasco, Mexico;
| | - José Gilberto Torres-Torres
- Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Aplicada de Tabasco (CICTAT), DACB, Laboratorio de Nanomateriales Catalíticos Aplicados al Desarrollo de Fuentes de Energía y Remediación Ambiental, Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Km. 1 carretera Cunduacán-Jalpa de Méndez, C.P., Cunduacán 86690, Tabasco, Mexico; (J.C.-E.); (H.P.-V.); (J.C.A.-P.); (A.A.S.-P.); (G.E.C.-P.); (I.C.-L.); (H.M.-G.)
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