Role of Water on Zeolite-Catalyzed Dehydration of Polyalcohols and EVOH Polymer
Role of Water on Zeolite-Catalyzed Dehydration of Polyalcohols and EVOH Polymer
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水在沸石催化多元醇和 EVOH 聚合物脱水中的作用
DOI：
10.1021/acscatal.2c05303
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
12.9
通讯作者：
Crossley, Steven P.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chau, Han K.;Nguyen, Quy P.;Jerdy, Ana Carolina;Bui, Dai-Phat;Lobban, Lance L.;Wang, Bin;Crossley, Steven P.
多元醇在含有布朗斯特酸的沸石上的选择性脱水是纯化和回收由非极性聚合物如聚乙烯和极性聚合物如乙烯-乙烯醇共聚物组成的多层聚合物膜的有前途的方法。此外，极性非质子溶剂可用于改善聚合物分子的扩散以接近固体催化剂中的活性位点。本文研究了以γ-戊内酯为溶剂，固体酸为催化剂，水对乙烯-乙烯醇聚合物脱水反应的促进作用。通过气相实验与2，5-己二醇作为模型化合物和理论计算，我们揭示了水有利于脱水反应，离域表面结合的质子，并允许脱水速率发生，即使在溶剂的存在下，否则会抑制反应速率。水合氢离子簇作为离域酸位点，导致反应物的改进的表面覆盖，并因此增强在溶剂分子存在下的脱水活性。这个共溶剂诱导的活性位点周围环境调节的例子可以为聚合物回收和升级循环打开大门。
Selective dehydration of polyalcohols over zeolites containing Brønsted acids is a promising approach to purify and recycle multilayer polymer films consisting of non-polar polymers such as polyethylene and polar polymers like ethylene–vinyl alcohol copolymer. In addition, polar aprotic solvents can be utilized to improve the diffusion of polymer molecules to access the active sites in solid catalysts. Here, we reveal the positive role of water on dehydration of ethylene–vinyl alcohol polymer over a solid acid catalyst in the presence of γ-valerolactone as the solvent. Through vapor-phase experiments with 2,5-hexanediol as a model compound and theoretical calculations, we reveal that water facilitates dehydration reactions by delocalizing surface-bound protons and allowing dehydration rates to occur even in the presence of solvents that would otherwise inhibit reaction rates. The hydronium ion clusters act as delocalized acid sites, leading to improved surface coverage of the reactant, and consequently enhance dehydration activity in the presence of solvent molecules. This example of co-solvent-induced modulation of environments around active sites could open doors for polymer recycling and upcycling.
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