Руководитель проекта – Жармагамбетова А.К., зав. лабораторией, д.х.н., профессор, контактные данные: zhalima@mail.ru, a.zharmagambetova@ifce.kz, раб. тел.: 8(727)291-69-72, моб.тел.: 8(777)214-77-40
Актуальность: Полисахариды являются «зеленой» альтернативой синтетическим полимерам из-за биосовместимости, устойчивости и экологичности биоматериалов. Растущее беспокойство об окружающей среде и необходимость замены синтетических полимеров в эту эпоху ускорили развитие композитов на основе полисахаридов, поскольку полисахариды проявляют уникальные свойства, такие как возобновляемость, доступность, биоразлагаемость, дешевизну, неканцерогенность. Кроме того, полисахариды более стабильны, чем другие биополимеры, такие как липиды и белки, поскольку они не подвергаются необратимой денатурации при нагревании. В связи с вышенаписанным, разработка «зеленых» полисахарид-неорганических композитов и катализаторов на их основе для низкотемпературного процесса гидрогенизации непредельных соединений является, несомненно актуальным.
Цель: Разработать «зеленые» процессы синтеза трех-, четырех-компонентных полисахарид-ZnO композитов c ионами переходных металлов, охарактеризовать комплексом физико-химических методов все стадии синтеза с выработкой механизма формирования композитов и определением их каталитической эффективности в реакции селективного гидрирования в мягких условиях.
Ожидаемые и достигнутые результаты:
— ожидаемые результаты за 2021 год: Будут определены условия синтеза композитов пектина (Пек) и гидроксиэтилцеллюлозы (ГЭЦ) с оксидом цинка. Будут определены условия синтеза палладий-серебряных и палладий-медных катализаторов, нанесенных на Пек-ZnO и ГЭЦ-ZnO композиты. С помощью физико-химических методов исследований будут установлены закономерности формирования гибридных композитов полисахаридов с ZnO, ионами переходных металлов. Будут исследованы каталитические свойства полученных катализаторов в процессе гидрогенизации. Будет подана 1 (одна) статья в рецензируемое научное издание, входящее в 1 (первый), либо, 2 (второй) либо 3 (третий) квартиль в базе Web of Science и (или) имеющее процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50 (пятидесяти).
— достигнутые результаты за 2021 год: Синтез композитов осуществляли путем адсорбции природных полимеров (Пек и ГЭЦ) на оксид цинка. Для этого к суспензии оксида цинка (1 г в 10 мл воды) при перемешивании по каплям добавляли раствор полимера. Количество полисахарида (Пек или ГЭЦ) бралось из расчета на получение композита с 2 и 5%-ным содержанием полимера. Было установлено, что степень адсорбции полимеров превышает 93%. При этом с увеличением количества вводимого полимера степень адсорбции незначительно снижается (на 3-5%). Кроме того, было установлено, что пектин более прочно связывается с сорбентом, чем ГЭЦ.
Приготовление нанесенных биметалличеких Pd-Cu и Pd-Ag катализаторов, нанесенных на Пек-ZnO и ГЭЦ-ZnO композиты осуществляли путем последовательной адсорбции полимера, ионов палладия и второго металла (медь или серебро) на оксиде цинка. Количество солей металлов (нитраты палладия, серебра и меди) бралось из расчета на получение катализатора с 0,3-0,5% содержанием активной фазы Pd-M (M = Ag, Cu) и соотношением Pd:M = 3:1. Было установлено, что ионы металлов количественно адсорбируются на оксиде цинка, в частности при приготовлении 0,5% катализатора степень адсорбции ионов палладия достигала 97% уже через 5 минут после добавления металла. По результатам исследований были приготовлены четыре 0,3-0,5% Pd-Cu и Pd-Ag биметаллических катализатора.
Разработанные 0,3-0,5% Pd-Cu катализаторы нанесенные на полисахарид-модифицированный оксид цинка были исследованы в каталитическом гидрировании н-гексина-2 в мягких условиях (атмосферное давление, температура 40 °С). Результаты исследований сравнивались с данными полученными для биметалических палладий серебрянных катализаторов. Сравнительный анализ показал, что 0,5% Pd-Ag активнее и селективнее 0,3% Pd-Ag и 0,3-0,5% Pd-Cu катализаторов. Таким образом оптимальным катализатором оказался 0,5% Pd-Ag катализатор, модифицированный 2-гидрокси-этил-целлюлозой (ГЭЦ) (0,5% Pd-Ag(3:1)ГЭЦ/ZnO). Процесс гидрирования н-гексина-2 на данном катализаторе протекал с высокими скоростями и высокой селективностью по олефинам (94%). Селективность по цис-гексену-2 достигала 82%. На данном катализаторе исследовано влияние варьирования состава растворителя (вода-этанол) на ход реакции гидрирования н-гексина-2. Было установлено, что с увеличением содержания воды в растворителе скорость реакции снижается, а селективность по олефину практически не изменяется.
По результатам исследований подана статья в журнал Journal of inorganic organometallic polymers and materials, входящего во 2 (второй) квартиль в базе Web of Science: A. Zharmagambetova, A. Auyezkhanova, E.Talgatov, A. Jumekeyeva, F. Buharbayeva, S. Akhmetova, Z.Myltykbayeva, J.M.L. Nieto. Synthesis of Polymer Protected Pd-Ag/ZnO Catalysts for Phenylacetylene Semyhydrogenation //Journal of inorganic organometallic polymers and materials (процентиль по базе Scopus 68%, подана 26.10.2021г)
Члены исследовательской группы:
- Жармагамбетова Алима Кайнекеевна, д.х.н., профессор (Author ID в Scopus 6507576649, Researcher ID Web of Science A-9727-2015, ORCID ID 0000-0002-7494-6005)
- Талғатов Эльдар Талғатұлы, PhD, ассоциированный профессор (Author ID в Scopus 57189892834, Researcher ID Web of Science W-2352-2017, ORCID ID 0000-0001-8153-4765)
- Джумекеева Айгуль Иембергеновна, к.х.н. (Author ID в Scopus 57195761217, ORCID ID 0000-0001-8084-6070)
Список публикаций и патентов:
1. Zharmagambetova A., Auyezkhanova A., Talgatov E., Jumekeyeva A., Buharbayeva F., Akhmetova S., Myltykbayeva Zh., Lopez Nieto J.M. Synthesis of Polymer Protected Pd-Ag/ZnO Catalysts for Phenylacetylene Semyhydrogenation //Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials.-2021. (процентиль по базе Scopus 68%, подана в печать)