Εκλεκτική Φωτοκαταλυτική Μετατροπή της 2-φαινόξυ-1-φαινυλαιθανόλης ως πρότυπη ένωση λιγνίνης με την χρήση καινοτόμων νανοϋλικών τιτανίας
Creators: name: Φλωρίδης, Φοίβος Μάριου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2025
Subjects: Φωτοκατάλυση
2-φαινόξυ-1-φαινυλαιθανόλη
Νανοϋλικά τιτανίας
Photocatalysis
2-phenoxy-1-phenylethanol
Titanium nanomaterials

description: Η μετατροπή της λιγνίνης σε προϊόντα υψηλής αξίας μέσω φιλικών προς το περιβάλλον διεργασιών παραμένει ένα απαιτητικό και δύσκολο έργο. Η φωτοκαταλυτική μερική μετατροπή της 2-φαινόξυ-1-φαινυλαιθανόλης (PP-ol) σε μονοαρωματικές ενώσεις έχει προσελκύσει το ερευνητικό ενδιαφέρον, δεδομένου των πολλαπλών «πράσινων» βιομηχανικών εφαρμογών που έχουν οι μονοαρωματικές ενώσεις. Η παρούσα έρευνα εστιάζει στη φωτοκαταλυτική μετατροπή της PP-ol σε προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας, αξιοποιώντας φιλικές προς το περιβάλλον διεργασίες. Για τον σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκαν νανοσωλήνες τιτανίας (TiNPs-400) ως καινοτόμος φωτοκαταλύτης, με τα εμπορικά TiO2-P25 και TiO2-Anatase ως υλικά αναφοράς. Οι αντιδράσεις πραγματοποιήθηκαν σε ακετονιτρίλιο (ACN) υπό συνθήκες περιβάλλοντος και χωρίς την προσθήκη αντιδραστηρίων/οξειδωτικών, με επίδραση UV-A ακτινοβολίας. Ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των εξεταζόμενων υλικών έγινε με περίθλαση ακτινών X (XRD), ποροσιμετρία αζώτου, φασματοσκοπία διάχυτης ανάκλασης (DRS-UV-Vis), καθώς επίσης λήφθηκαν και εικόνες ηλεκτρονικής μικροσκοπίας ΤΕΜ. Η ανάλυση των δειγμάτων στα πειράματα κατάλυσης έγινε με αέρια χρωματογραφία (GC FID).Τα αποτελέσματα της έρευνας έδειξαν ότι το TiNPs-400 εμφανίζει την καλύτερη απόδοση σε ευρύ φάσμα μηκών κύματος (370-525 nm). Υπό την επίδραση μόνο της UV ακτινοβολίας το TiO2-Anatase επέδειξε την υψηλότερη εκλεκτικότητα (60%) παραγωγής της βένζαλδεϋδης, με απόδοση 30% και μετατροπή της PP-ol 48% σε 3 ώρες. Παράλληλα, τα φωτοκαταλυτικά αποτελέσματα αναδεικνύουν την σχάση του δεσμού Cα-Cβ της διαρωματικής ένωσης.Από τη μελέτη του μηχανισμού της εκλεκτικής μετατροπής της PP-ol φάνηκε ότι η συγκεκριμένη αντίδραση είναι μία πολυμηχανιστική διεργασία με τα κύρια ενεργά είδη να είναι οι φωτοεπαγόμενες οπές (h+), ενώ οι ελεύθερες ρίζες υπεροξειδίου (Ο2-●) είναι οι κύριες υπεύθυνες για την εκλεκτική και αποδοτική παραγωγή των προϊόντων. Η παρουσία οξυγόνου ενίσχυσε τη μετατροπή της PP-ol σε όλα τα φωτοενεργά υλικά, ενώ παρατηρήθηκε ότι όλα σχεδόν τα πιθανά προϊόντα φωτοκαταλύονται σε μεγάλο ποσοστό. Τα ευρήματα της έρευνας υπογραμμίζουν την αποδοτικότητα του TiNPs-400 ως βιώσιμου καταλύτη για «πράσινες» βιομηχανικές διεργασίες.
description: The conversion of cellulose lignin into high-value products through environmentally friendly processes remains a challenging and difficult task. The photocatalytic partial conversion of 2-phenoxy-1-phenylethanol (PP-ol) to monoaromatic compounds has attracted research interest, given the multiple "green" industrial applications of monoaromatics compounds. The present research focuses on the photocatalytic conversion of PP-ol to high value-added products, utilizing environmentally friendly processes. For this purpose, titania nanotubes (TiNPs-400) were used as an innovative photocatalyst, with commercial TiO2-P25 and TiO2-Anatase as reference materials. The reactions were carried out in acetonitrile (ACN) under ambient conditions and without the addition of reagents/oxidants, under UV-A radiation. The physicochemical characterization of the investigated materials was performed by X-ray diffraction (XRD), porosimetry (nitrogen adsorption), diffuse reflectance spectroscopy (DRS-UV-Vis), and TEM electron microscopy images were also obtained. The analysis of the samples in the catalysis experiments was performed by gas chromatography (GC FID). The results of the study showed that TiNPs-400 exhibits the best performance over a wide range of wavelengths (370-525 nm). Under the influence of UV irradiation only, TiO2-Anatase showed the highest selectivity (60%) of benzaldehyde production, with 30% yield and 48% conversion of PP-ol in 3 h. At the same time, the photocatalytic results highlight the cleavage of the Cα-Cβ bond of the diaromatic compound.The mechanism study of the selective conversion of PP-ol, it was shown that this reaction is a multi-mechanistic process with photo-induced holes (h+) being the main active species, while peroxide free radicals (O2-●) are the main species responsible for the selective and efficient production of the products. The presence of oxygen enhanced the conversion of PP-ol to all photoactive materials, and it was observed that almost all potential products were photocatalyzed in high percentage. The findings of the study highlight the viability of TiNPs-400 as a viable catalyst for "green" industrial processes. Keywords: heterogeneous photocatalysis, titanium dioxide (TiO2), 2-phenoxy-1-phenylethanol (PP-ol), benzaldehyde (Ph-CHO), phenol (Ph-ol), glowing titanium dioxide nanoparticles (TiNPs-400), inhibitors, role of atmospheric air, visible light spectrum.