The Investigation of the Stability of Solid Acid Catalysts in the Process of Larch Arabinogalactan Hydrolysis in Aqueous Medium

Abstract

The toxic and corrosive mineral acids are used traditionally in the processes of plant polysaccharides hydrolysis. The use of solid acid catalysts improves the environmental safety of hydrolysis processes and simplifies the separation of the catalyst from the reaction products. The stability of solid acid catalysts based on mesoporous SBA-15 and graphite-like carbon material Sibunit-4, containing SO 3 Hgroups, in the process of larch arabinogalactan hydrolysis at 150 °С was studied. The compositions of the resulting hydrolysates were investigated by gas chromatography. It was established that acidmodified Sibunit-4 does not lose the catalytic activity after three cycles of hydrolysis process for a total duration of 12 hours. Modified SBA-15 catalyst was less stable at the studied conditions. The decrease of monosaccharides concentration in the hydrolysates, the changes in the structure of the catalyst and 40% loss of its weight were found after the third cycle of larch arabinogalactan hydrolysis.Keywords: larch arabinogalactan, hydrolysis, solid acid catalysts, stability in aqueous medium, arabinose, galactose. Citation: Yatsenkova O.V., Novikova S.A., Skripnikov A.M., Ivanov I.P., Kuznetsov B.N. The investigation of the stability of solid acid catalysts in the process of larch arabinogalactan hydrolysis in aqueous medium, Изучение устойчивости твердых кислотных катализаторов в процессе гидролиза арабиногалактана лиственницы в водной среде О.В. Яценкова, С.А. Новикова, А.М. Скрипников, И.П. Иванов, Б.Н. Кузнецов Институт химии и химической технологии СО РАН ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» Россия, 660036, Красноярск, Академгородок, 50/24 Традиционно для гидролиза растительных полисахаридов используются токсичные и коррозионно-активные минеральные кислоты. Применение твердых кислотных катализаторов повышает экологическую безопасность процессов гидролиза и упрощает отделение катализатора от продуктов реакции. В настоящей работе исследована устойчивость твердых кислотных катализаторов на основе мезопористого SBA-15 и графитоподобного углеродного материала Сибунит-4, содержащих SO 3 H-группы, в процессе гидролиза арабиногалактана лиственницы при температуре 150 °С. Состав полученных гидролизатов исследован методом газовой хроматографии. Установлено, что кислотномодифицированный Сибунит-4 не снижает каталитическую активность после трех циклов процесса гидролиза при общем времени работы катализатора 12 ч. Модифицированный катализатор SBA-15 оказался менее устойчивым в изученных условиях, что проявилось в снижении концентрации моносахаров в гидролизатах, а также в изменении его структуры и 40%-й потере массы после третьего цикла гидролиза.Ключевые слова: арабиногалактан лиственницы, гидролиз, твердые кислотные катализаторы, устойчивость в водной среде, арабиноза, галактоза. Введение Поиск экологически безопасных способов химической переработки растительных полимеров стимулирует применение твердых кислотных катализаторов вместо токсичных и коррозионно-активных минеральных кислот [1, 2]. К настоящему времени ...