Ajustar la acidez de la halloysita mediante líquido poliiónico para desarrollar un catalizador eficiente para la conversión de fructosa en 5

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 7663 (2023) Citar este artículo

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En un intento de preparar un catalizador heterogéneo ácido eficiente y de bajo costo para la conversión de fructosa en 5-hidroximetilfurfural en condiciones de reacción suaves, se mejoró la acidez de la haloisita mediante el injerto covalente de un líquido poliiónico ácido. Más precisamente, la halloysita se funcionalizó primero con vinilo y luego se polimerizó con vinilimidazol y ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico. Los anillos de imidazol enredados se convirtieron en líquidos iónicos ácidos tratándolos con ácido clorosulfúrico. La espectroscopia UV-Vis y la ecuación de Hammett confirmaron que la conjugación del líquido poliiónico ácido resultó en un aumento de la acidez de la halloysita. La investigación de la eficiencia del catalizador para la síntesis de 5-hidroximetilfurfural y la optimización de las variables de reacción mostraron que el 5-hidroximetilfurfural se produjo en un 97,8% después de 30 minutos en las condiciones óptimas, es decir, una carga de catalizador del 20% en peso a 70 °C. En particular, el catalizador era altamente reutilizable y podía reutilizarse durante al menos siete reacciones con una pérdida insignificante de su actividad. Además, este catalizador también podría promover la conversión de sacarosa y maltosa para dar rendimientos moderados de 5-hidroximetilfurfural.

El uso de recursos renovables ha sido considerado una solución a la escasez de recursos energéticos convencionales y a la contaminación ambiental1. Existen varios tipos de energías renovables, como la eólica, la oceánica, la solar y la geotérmica, entre las que la bioenergía ha atraído considerable atención. En esta clase de energía renovable, la biomasa, como residuos agrícolas, plantas, madera, etc., se convierte en electricidad o combustibles, los denominados biocombustibles2. Teniendo en cuenta las ventajas de los biocombustibles, se han dedicado muchos intentos a desarrollar biocombustibles con características competitivas con la gasolina. En esta línea se han impulsado cuatro generaciones de biocombustibles2,3,4. La primera generación de biocombustibles está formada por combustibles alcohólicos, como el bioetanol. Como esta clase de biocombustibles tiene una menor densidad energética en comparación con los combustibles convencionales y sufre varios problemas técnicos, se ha desarrollado una segunda generación de biocombustibles que se basa en compuestos a base de furanos. Afortunadamente, los biocombustibles a base de furanos tienen una mayor densidad energética y, lo que es más importante, pueden producirse a partir de recursos no comestibles, principalmente biomasa lignocelulósica5. La formación de biocombustibles a base de furanos consta de dos pasos principales, es decir, la conversión de biomasa lignocelulósica en compuestos de plataforma, como el 5-hidroximetilfurfural (HMF)6,7,8, tras algunas reacciones químicas, como la hidrodesoxigenación para formar biocombustibles, como 2 ,5-dimetilfurano.

La síntesis de HMF9,10,11 a partir de carbohidratos como etapa inicial hacia la producción de biocombustibles a base de furanos12 es de gran importancia13,14. Además, como este compuesto clave puede utilizarse para la síntesis de otras sustancias químicas 15, como el ácido levulínico 16,17, muchos grupos de investigación intentaron revelar protocolos eficientes para la síntesis de HMF mediante el desarrollo de diferentes sistemas catalíticos. Hasta la fecha, se han desarrollado varios catalizadores, como los catalizadores ácidos de Lewis18 y las zeolitas en forma H19, para esta reacción catalizada por ácido. En este sentido, los líquidos iónicos ácidos (LI) también pueden considerarse candidatos potenciales. Una de las ventajas de estas sales orgánicas20,21,22,23,24,25,26,27 es que pueden ajustarse y diseñarse fácilmente para un propósito específico28. Las LI ácidas también se pueden preparar mediante clorosulfonación del resto orgánico29. Más interesante aún, las IL se pueden polimerizar para formar líquidos poliiónicos, PIL, que se benefician de una gran cantidad de IL. Alternativamente, los polímeros convencionales se pueden convertir en PIL mediante modificaciones químicas. Además, es posible soportar IL/PIL en diversos materiales de soporte, como minerales arcillosos naturales, mediante reacciones químicas sencillas, para aumentar el rendimiento catalítico y la estabilidad de IL/PIL. Los minerales arcillosos naturales, que se benefician de la disponibilidad, el bajo costo y la estabilidad química y térmica, son materiales de soporte económicos y ambientalmente benignos. Algunos minerales arcillosos, como la halloysita (Hal), exhiben una excelente eficiencia para la catálisis30,31,32,33,34,35,36,37,38. Hal, que es un aluminosilicato con morfología cilíndrica y superficies con carga eléctrica opuesta, se ha aplicado ampliamente para la inmovilización de catalizadores38. Hal también posee características ácidas. Sin embargo, su acidez no es lo suficientemente fuerte como para poder catalizar la conversión de carbohidratos en HMF.

Por lo tanto, para modificar las características ácidas de Hal, en este estudio, se injertó covalentemente una PIL ácida en Hal mediante la polimerización de Hal funcionalizado con vinilo con vinilimidazol y ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico, seguido de la conversión de anillos de imidazol. a IL al reaccionar con ácido clorosulfúrico, Fig. 1. Este nanocompuesto, que contiene IL ácidos y grupos funcionales –SO3H en su estructura principal, se aplicó luego como catalizador para la conversión de fructosa en HMF. Se investigaron los efectos de las variables de reacción para esta reacción y se obtuvieron las condiciones óptimas de reacción. Además, se afirmó la reciclabilidad y estabilidad del catalizador y se realizó un estudio comparativo para mostrar el mérito del catalizador.

Procedimiento sintético del catalizador.

Para confirmar la estabilidad de Hal en el curso de la polimerización y conjugación de PIL, se comparó el patrón XRD de Hal-PIL con Hal. Como se muestra en la Fig. 2A, los dos patrones XRD registrados fueron muy similares y mostraron todos los picos característicos de Hal, es decir, los picos aparecieron en 2θ = 12,3°, 18,8°, 20,6°, 25,2°, 36,7°, 39,0°, 56,3° y 62,5°38, se detectaron en el patrón XRD de Hal-PIL. Cabe destacar que los picos no mostraron desplazamiento, lo que indica la estabilidad de la estructura de Hal. La única diferencia entre los dos patrones es la intensidad de los picos, que se redujo debido al injerto de PIL en Hal.

(A) Patrones XRD de Hal y Hal-PIL, (B) Espectros FTIR de Hal, Hal-PIL y Hal-PIL reutilizado y (C) Termogramas de Hal y Hal-PIL.

La conjugación de PIL en Hal también se aprobó mediante espectroscopia FTIR. Como se muestra en la Fig. 2B, el espectro FTIR de Hal mostró las bandas de absorbancia características de Hal a 536 cm-1 (vibración Al-O-Si), 746 cm-1 (vibración de estiramiento de Si-O), 795 cm-1 (estiramiento simétrico de Si-O), 1035 cm-1 (estiramiento de Si-O), 1102 cm-1 (estiramiento perpendicular de Si-O-Si), 1658 cm-1 (estiramiento débil y vibraciones de flexión del agua), 3697 cm -1 y 3629 cm-1 (interior –OH). Estos picos también fueron detectables en el espectro FTIR de Hal-PIL. Este resultado, junto con los resultados del análisis XRD, confirma la estabilidad estructural de Hal después de la funcionalización con PIL. También vale la pena mencionar que las bandas de absorbancia a 1690 y 1710 cm-1 en el espectro FTIR de Hal-PIL son indicativas de las funcionalidades –C=N y –C=O en la columna vertebral del resto polimérico. Además, la banda de absorbancia de la funcionalidad O=S=O (1030 cm-1) se superpuso con la de Hal. Estos resultados muestran que los grupos funcionales PIL se injertaron con éxito en el soporte Hal.

Para estimar la carga de PIL en Hal, se registraron y compararon los termogramas de Hal-PIL y Hal. Como se muestra en la Fig. 2C, los dos termogramas son considerablemente diferentes. Más exactamente, Hal, como mineral arcilloso, era muy estable térmicamente y en su termograma sólo se puede detectar pérdida de agua y dihidroxilación a temperatura elevada (~ 500 °C). Sin embargo, en el termograma de Hal-PIL, se observó una pérdida de peso adicional (~ 30% en peso) en el rango de 200 a 360 °C que se atribuye a la descomposición de PIL. De hecho, este resultado indicó que la carga del alto contenido de PIL en Hal se puede lograr mediante el procedimiento sintético descrito.

Se realizó un análisis EDS para confirmar aún más la formación de Hal-PIL. Como se ilustra en la Fig. S1, se detectaron átomos de carbono, nitrógeno, aluminio, silicio, cloro, oxígeno y azufre en la estructura de Hal-PIL. La presencia de átomos de carbono, nitrógeno, cloro y azufre en el análisis EDS aprobó la conjugación de PIL en Hal. Aunque EDS es un análisis semicuantitativo, el alto contenido de átomos de azufre en Hal-PIL (19,43% en peso) confirma una alta carga de fracción ácida –SO3H en el catalizador. El análisis de mapeo elemental de Hal-PIL en la Fig. S2 afirma que el resto polimérico se formó uniformemente en Hal y que todos los elementos representativos de PIL se dispersaron de manera homogénea.

El estudio morfológico de Hal-PIL se realizó mediante la obtención de imágenes SEM de Hal-PIL. Como se ilustra en la Fig. 3, en Hal-PIL, los tubos de Hal eran observables, lo que afirma que la morfología tubular instintiva de Hal se conservó tras la funcionalización. Sin embargo, en Hal-PIL, los tubos Hal se empaquetaban y formaban agregados. Este problema se atribuye a la presencia de PIL. De hecho, las interacciones electrostáticas entre los tubos Hal decorados con PIL pueden ser responsables de la formación de agregados.

Imágenes SEM de Hal-PIL.

Para evaluar el efecto de la conjugación de PIL sobre el área de superficie específica de (SBET) Hal, se obtuvo SBET de Hal-PIL y se comparó con Hal. Los resultados confirmaron que tras la introducción de PIL en Hal, la SBET de Hal se redujo de 48 m2/g a 21 m2/g, afirmando la cobertura de superficie de Hal por PIL. La isoterma de adsorción-desorción de nitrógeno de Hal-PIL, Fig. S3, mostró tipo II con bucles de histéresis H3 según la clasificación IUPAC.

Para evaluar la acidez de Hal-PIL, se aplicó espectroscopía UV-Vis y la ecuación de Hammett (Ec. 1). En este método, se utilizó 4-nitroanilina como indicador básico [I] y su espectro UV-Vis se registró en λmax = 382 nm, Fig. S4. También se obtuvo el espectro UV-Vis de I en presencia de Hal-PIL y se observó la disminución de la absorbancia debido a la formación de I protonado, [IH]+. Para obtener la adsorción de [I] y [IH]+, la función de Hammett, H°, se puede calcular mediante la Ec. (1).

donde pK(I) es el valor de pKa para I.

Además de Hal-PIL, también se estimó el valor de H° para Hal prístino para dilucidar si la introducción de PIL en Hal afectó la acidez. Como muestran los resultados, Tabla 1, el valor de H° para Hal-PIL es menor que el de Hal, lo que implica una mayor acidez del primero. Este resultado confirma que el injerto de PIL en Hal conduce a un aumento de su acidez.

La deshidratación de fructosa a HMF se ve muy afectada por las condiciones de reacción. En esta línea, parámetros como el tiempo de reacción, la temperatura y la carga del catalizador son de gran importancia. Por tanto, la optimización de estas variables es esencial para lograr un alto rendimiento de HMF.

Para investigar el efecto de la carga de Hal-PIL en el rendimiento de HMF, se realizó la deshidratación de fructosa a 70 °C en DMSO como disolvente en presencia de diferentes cargas de Hal-PIL (10–40 % en peso) y el rendimiento de HMF de cada reacción. se midió después de 30 min. La comparación de los rendimientos de HMF, Fig. 4A, indicó el papel crucial de la carga de Hal-PIL en la reacción. Como se muestra, en presencia de sólo el 10% en peso del catalizador, se obtuvo un 82,4% de HMF y al aumentar Hal-PIL al 20% en peso, el rendimiento de HMF aumentó a un 97,8%. El hecho de que sólo una carga baja del catalizador pueda conducir a la formación de un alto rendimiento de HMF se puede atribuir a la característica ácida moderada del Hal-PIL. Más precisamente, los grupos funcionales -SO3H en PIL pueden catalizar eficientemente la deshidratación de fructosa a HMF. Como se muestra en la Fig. 4A, el uso de un mayor contenido de Hal-PIL (30 y 40% en peso) tuvo un efecto inverso y condujo a una disminución del rendimiento de HMF. De hecho, con el incremento de la cantidad de catalizador, aumentará el número de sitios ácidos, lo que puede catalizar la formación de HMF y también su condensación en huminas39 y la formación de productos secundarios que, en consecuencia, resultan en una disminución del rendimiento de HMF.

(A) Investigación del efecto de la carga de catalizador sobre la conversión de fructosa y el rendimiento de HMF en la deshidratación de fructosa. Condiciones de reacción: temperatura: 70 °C, t = 30 min, disolvente: DMSO, (B) Investigación del efecto del tiempo de reacción sobre la conversión de fructosa y el rendimiento de HMF en la deshidratación de fructosa. Condiciones de reacción: temperatura: 70 °C, carga de catalizador 20% en peso, disolvente: DMSO y (C) Investigación del efecto de la temperatura de reacción sobre la conversión de fructosa y el rendimiento de HMF en la deshidratación de fructosa. Condiciones de reacción: carga de catalizador 20% en peso, t = 30 min, disolvente: DMSO.

Se estudió el efecto del tiempo de reacción sobre el rendimiento de HMF. En esta línea, la deshidratación de fructosa a HMF se realizó en presencia de 20% en peso de Hal-PIL en DMSO a 70 °C. El rendimiento de HMF de la reacción se midió en varios tiempos de reacción (10 a 50 min) y se compararon los resultados. Como se muestra en la Fig. 4B, con el aumento del tiempo de reacción de 10 a 30 minutos, el rendimiento de HMF aumentó gradualmente de 74,5 a 97,8%. De hecho, el aumento del tiempo de reacción condujo a un aumento del contacto de la fructosa con los sitios catalíticos activos y a la formación de un mayor rendimiento de HMF. Tras un mayor incremento del tiempo de reacción a 50 min, se observó una tendencia inversa y el rendimiento de HMF comenzó a disminuir. Este problema es bastante esperable, ya que un tiempo de contacto más prolongado con los sitios ácidos del catalizador puede desencadenar reacciones secundarias y la formación de huminas.

La deshidratación de fructosa a HMF es un proceso que depende de la temperatura. Por tanto, la investigación del efecto de este parámetro es imperativa para optimizar las condiciones de reacción. Para este propósito, la síntesis de HMF se logró en DMSO usando Hal-PIL (20% en peso) durante 30 minutos a diferentes temperaturas (40, 50, 60, 70, 80 y 90 °C). Los rendimientos de HMF a diferentes temperaturas se ilustran y comparan en la Fig. 4C. Como se muestra, un aumento en la temperatura de reacción de 40 a 70 °C resultó en un aumento del rendimiento de HMF de 70,2 a 97,8 %, lo que se debe a que el aumento de la temperatura de reacción puede mejorar la energía cinética y el contacto efectivo del sustrato y el sitios activos catalíticos. Sin embargo, elevar la temperatura de reacción a 80 y 90 °C tuvo un efecto inverso y condujo a una disminución del rendimiento de HMF a 83,4% y 56,5%, respectivamente. Este problema puede justificarse por el aumento de la posibilidad de formación de huminas y también por la aparición de reacciones secundarias a temperaturas más altas.

También se investigaron y compararon con los del DMSO los efectos de tres disolventes diferentes, incluidos agua, etanol y butanol, sobre la deshidratación de la fructosa en condiciones de reacción optimizadas. Los resultados indicaron que el uso de agua, etanol y butanol fue menos efectivo que DMSO y condujo a menores rendimientos de HMF debido a la formación de subproductos (los rendimientos de HMF en agua, etanol y butanol fueron del 65 %, 60 % y 69 % respectivamente). ).

Se examinó durante siete ensayos consecutivos la reciclabilidad de Hal-PIL para la síntesis de HMF a partir de la deshidratación de fructosa en condiciones óptimas. Afortunadamente, Hal-PIL exhibió una alta reciclabilidad y conservó su actividad catalítica para la segunda ejecución, Fig. 5A. Para otras pruebas, también, sólo se observó una ligera pérdida de la actividad catalítica del catalizador, y el rendimiento de HMF disminuyó al 83,2% después de siete pruebas.

(A) Los resultados de la reciclabilidad de Hal-PIL para la síntesis de HMF a partir de la deshidratación de fructosa en las condiciones óptimas y (B) Imagen SEM del catalizador reciclado después de la última ejecución de reciclaje.

Los espectros FTIR del Hal-PIL reciclado recuperado de la última ejecución de la reacción y el catalizador nuevo se muestran en la Fig. 2B. Se puede observar que la intensidad de algunas bandas, como la banda que apareció > 3000 cm-1 en el espectro del catalizador reutilizado disminuyó notablemente.

Para evaluar el posible cambio morfológico tras el reciclaje, se obtuvo una imagen SEM de Hal-PIL reutilizado después de la última ejecución de reciclaje, Fig. 5B. Como se muestra, el reciclaje de Hal-PIL durante varias ejecuciones no causó cambios significativos en su morfología y los tubos Hal empaquetados se pueden observar en la imagen SEM del catalizador reutilizado. Además, para evaluar la lixiviación de grupos –SO3H, el catalizador reutilizado después de la última ejecución se caracterizó mediante análisis EDS. La comparación del contenido de átomo de S en el catalizador fresco (11,05% en peso) y reutilizado (10,1% en peso) indicó que la lixiviación de los grupos –SO3H, que se conjugaron covalentemente en Hal, fue insignificante.

En la Fig. 6 se muestra un mecanismo de reacción propuesto para la preparación de 5-hidroximetilfurfural mediante deshidratación de fructosa. Según la literatura40, en el primer paso, se forma un enlace de hidrógeno entre Hal-PIL y el grupo funcional -OH de la fructosa y Se eliminará una molécula de agua. A continuación, el anión en la estructura de Hal-PIL reaccionará para formar un intermedio enólico, que luego tolera la tautomerización seguida de la pérdida de moléculas de agua para formar HMF.

Mecanismo pictórico de conversión de fructosa a HMF en presencia de Hal-PIL.

Los resultados del estudio de la actividad catalítica de Hal-PIL para la conversión de fructosa a HMF confirman que Hal-PIL puede considerarse como un catalizador heterogéneo eficaz para promover la deshidratación de fructosa a HMF y condujo a la formación de este compuesto clave en 97,8% en condiciones de reacción suaves. Como la conversión de otros carbohidratos a HMF es más desafiante, se esperaba obtener rendimientos más bajos utilizando otros sustratos. Para evaluar esta cuestión, se examinó la actividad catalítica de Hal-PIL para la conversión de tres sustratos más, es decir, sacarosa, maltosa y glucosa. Como se ilustra en la Fig. 7, Hal-PIL podría catalizar la conversión de sacarosa para producir HMF en un 66,6%. Como en el caso de la sacarosa, que se compone de unidades de glucosa y fructosa, la conversión a HMF requiere pasos adicionales, es decir, la hidrólisis de la sacarosa y una mayor isomerización de la glucosa a fructosa; esta reacción fue más tediosa en comparación con la conversión de fructosa a HMF que solo Consiste en la reacción de deshidratación. Por tanto, puede justificarse un rendimiento menor. De manera similar, en el caso de la maltosa, que es un disacárido formado a partir de dos unidades de glucosa, se obtuvo un rendimiento aún menor en las condiciones óptimas de reacción. Entre los carbohidratos examinados, la glucosa produjo el rendimiento más bajo.

La actividad catalítica de Hal-PIL para la síntesis de HMF utilizando diferentes sustratos. Condiciones de reacción: temperatura: 70 °C, carga de catalizador 20% en peso, t = 30 min.

El estudio de la actividad catalítica y la reciclabilidad de Hal-PIL para la deshidratación de fructosa confirmó que este catalizador con un bajo contenido (20% en peso) podría catalizar esta reacción clave en un tiempo de reacción corto (30 min) para proporcionar HMF con un rendimiento del 97,8%. . Para dilucidar aún más el mérito de este catalizador heterogéneo, se comparó su actividad para esta reacción modelo con una variedad de catalizadores que se han informado en la literatura (Tabla 2). En particular, esta comparación no puede resaltar la superioridad de un protocolo específico ya que las condiciones de reacción son diferentes, pero puede arrojar luz sobre la actividad del catalizador hasta cierto punto. Como se muestra en la tabla, se ha informado para esta reacción una amplia gama de catalizadores, desde catalizadores de base biológica hasta catalizadores compuestos. Obviamente, los catalizadores de base biológica, como Hal-PIL y el catalizador a base de celulosa (Tabla 2, entrada 9) se benefician de algunas ventajas, como la disponibilidad y la naturaleza ambientalmente benigna. Los catalizadores sintéticos, como las estructuras organometálicas (Tabla 2, entrada 3) y la sílice mesoporosa (Tabla 2, entradas 4 y 5) y los catalizadores dendríticos (Tabla 2, entrada 8) pueden sufrir procesos lentos, tediosos o de varios pasos. protocolos sintéticos, así como el uso de disolventes y reactivos tóxicos, que los hacen costosos y menos respetuosos con el medio ambiente. En comparación con los líquidos iónicos derivados de L-Prolina, Tabla 2, entrada 10, Hal-PIL exhibió una mayor actividad catalítica y puede producir HMF con un mayor rendimiento en un tiempo de reacción más corto. De manera similar, la comparación de las condiciones de reacción y la actividad de Hal-PIL y FPIL, que es un catalizador basado en PIL (Tabla 2, entrada 13) afirmó la actividad superior del primero. En el caso de los catalizadores que están compuestos de heteropoliácidos, como PW12-ILs-C4-HNS (Tabla 2, entrada 11), Hal-PIL como catalizador libre de metales mostró una mayor actividad a temperaturas más bajas y un tiempo de reacción más corto. Por lo tanto, se concluye que Hal-PIL como catalizador heterogéneo de base biológica puede reconocerse como un compuesto prometedor para la deshidratación de fructosa a HMF.

En resumen, se desarrolló un nuevo catalizador ácido heterogéneo, Hal-PIL, mediante el injerto de grupos PIL ácidos en halloysita. El estudio del rendimiento de Hal-PIL para la conversión de fructosa en HMF aprobó la alta actividad de Hal-PIL debido al aumento de la acidez instintiva de la halloysita. Además, la investigación de los efectos de las variables de reacción mostró que se puede lograr HMF en un 97,8% en 30 minutos utilizando Hal-PIL al 20% en peso en DMSO a 70 °C. También vale la pena mencionar que Hal-PIL podría recuperarse y reciclarse fácilmente durante siete ciclos de reacción con una ligera pérdida de su actividad después de cada ciclo. Además, la investigación del rendimiento catalítico de Hal-PIL para la conversión de otros carbohidratos en HMF indicó que este catalizador podría catalizar la reacción de sacarosa y maltosa para dar HMF con un rendimiento moderado.

La lista de materiales e instrumentos se menciona en la información de respaldo.

La preparación de Hal-PIL se logró mediante un procedimiento de tres pasos. El detalle de cada paso es el siguiente:

Se añadió Hal (4 g) a tolueno (60 ml) y se agitó durante 10 minutos para proporcionar una suspensión homogénea. A continuación, se añadió vinilterimetoxisilano (4 ml) y después la mezcla de reacción se sometió a reflujo durante 24 h a 110 °C. El percipitaye se obtuvo mediante centrifugación, se lavó varias veces con tolueno y luego se secó a 70 °C durante 24 h.

Se dispersó Hal-V (2 g) en una mezcla de agua desionizada y etanol (20 ml) con una proporción de 1:2 y luego se introdujo una solución de AIBN (0,1 g en etanol) y la mezcla se mezcló durante 20 min. a temperatura ambiente. Posteriormente, se añadieron los monómeros, es decir VI (2 g) y AMPS (2 g) y la mezcla se mantuvo a reflujo durante 24 h en una atmósfera de Ar. Posteriormente, el precipitado se recogió y se lavó con agua desionizada y se secó a 60 °C durante 24 h.

Se suspendió Hal-P (2 g) en CH2Cl2 (16 ml) y se agitó a 0 °C durante 14 min. Luego, se vertió lentamente ácido clorosulfúrico (0,7 ml) en la suspensión antes mencionada y la mezcla se agitó durante 24 h a temperatura ambiente. Después de este paso, el precipitado, Hal-PIL, se separó, se enjuagó con diclorometano (CH2Cl2) tres veces y se secó a 60 °C durante 24 h.

Se añadió Hal-PIL (0,02 g) a una solución de fructosa (0,1 g) u otros materiales de partida en DMSO (4 ml). Luego la mezcla se agitó a 70 °C durante 30 min para formar HMF amarillento. Una vez completada la reacción, se recogió Hal-PIL, se lavó con DMSO repetidamente y se secó a 60 °C durante la noche. Los detalles de la purificación de HMF y el cálculo del rendimiento de HMF se proporcionan en la información de respaldo.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el presente estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Esta investigación ha sido apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (Subvención No. 52161145405), la Fundación Nacional de Ciencias de Irán (INSF) en el marco del proyecto No. 4000580. Los autores también agradecen el apoyo parcial del Instituto Petroquímico y de Polímeros de Irán y Al-zahra. Universidad.

Departamento de Conversión de Gas, Facultad de Petroquímica, Irán, Instituto de Polímeros y Petroquímica, PO Box 14975-112, Teherán, Irán

El mismo Sadjadi

Departamento de Química, Facultad de Física y Química, Universidad de Alzahra, PO Box 1993891176, Vanak, Teherán, Irán

Soheila Yaghoubi y Majid M. Heravi

Laboratorio clave de Mineralogía y Metalogenia de CAS/Laboratorio clave provincial de Física Mineral y Materiales de Guangdong, Instituto de Geoquímica de Guangzhou, Academia China de Ciencias, Guangzhou, 510640, China

Xuemin Zhong

Escuela de Ingeniería y Ciencias Ambientales, Universidad Tecnológica de Guangdong, Guangzhou, 510006, China

Peng Yuan

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SS: Conceptualización; Adquisición de financiación; Administración de proyecto; Recursos; Supervisión; Escritura: revisión y edición. SY: Análisis formal; Curación de datos; Metodología; Visualización; Investigación; XZ: Recursos; Investigación; PY: Adquisición de financiación; Recursos; MH: Adquisición de financiación; Recursos; Investigación.

Correspondencia a Samahe Sadjadi o Majid M. Heravi.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Sadjadi, S., Yaghoubi, S., Zhong, X. et al. Ajustar la acidez de la halloysita mediante líquido poliiónico para desarrollar un catalizador eficiente para la conversión de fructosa en 5-hidroximetilfurfural. Representante científico 13, 7663 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34876-4

Descargar cita

Recibido: 19 de marzo de 2023

Aceptado: 09 de mayo de 2023

Publicado: 11 de mayo de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34876-4

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