[发明专利]用掺杂ZrO2石墨电极电催化还原5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲基呋喃的方法

权利要求书

1.一种用掺杂ZrO₂石墨电极电催化还原5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲基呋喃的方法，其特征为该方法包括以下步骤：

第一步，催化果糖脱水制备5-羟甲基糠醛

将原料果糖、促进剂溴化铵、催化剂氯化锌以及溶剂N,N-二甲基乙酰胺放入反应器中，油浴100~130℃温度下搅拌反应45~90min，得到5-羟基糠醛/N,N-二甲基乙酰胺原液其物料配比为：质量比果糖：溴化铵：氯化锌=1：0.12~0.19:0.006~0.06，每克果糖加入溶剂N,N-二甲基乙酰胺7.5～8.5ml； 

第二步，电催化还原5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲基呋喃：

将上步得到的5-羟基糠醛/N,N-二甲基乙酰胺原液和100g.L ^-1 KNO₃溶液混合均匀得到电解原液，放入电解槽中，铂电极作为阳极，掺杂2~30%ZrO₂石墨电极为阴极，稳压直流电源输出电压为3~4V、电流密度4.69 ~18.75 mA/cm²条件下，电催化还原5-羟基糠醛；在电解反应的同时，电解液在循环泵作用下，经电解槽下端支口吸出，经循环泵打入萃取器，被萃取剂萃取后的电解液经萃取器下端支口流出回到电解槽中，实现循环萃取2,5-二甲基呋喃以及5-羟基糠醛的连续电解，循环电解反应时间为1~12h，最后得到2,5-二甲基呋喃；

其中，物料配比为体积比5-羟基糠醛/N,N-二甲基乙酰胺原液：KNO₃溶液=1:4。

2.如权利要求1所述的用掺杂ZrO₂石墨电极电催化还原5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲基呋喃的方法，其特征为所述的萃取剂为环己烷。

3.如权利要求1所述的用掺杂ZrO₂石墨电极电催化还原5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲基呋喃的方法，其特征为所述的电解槽内加入电解液使得整个反应管路充满电解液，未开启循环情况下电解槽中电解液的量为电解槽体积的60~80%。

4.如权利要求1所述的用掺杂ZrO₂石墨电极电催化还原5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲基呋喃的方法，其特征为所述的掺杂ZrO₂电极的制备方法，包括以下步骤：

室温下将可溶性锆盐溶解，配制Zr⁴⁺离子浓度为0.4 mol.L^-1的溶液，然后在搅拌下向其中滴加14mol.L^-1氨水溶液（2~5滴/min），制得pH值为10的胶体溶液，静置陈化1h；离心分离，沉淀用去离子水洗涤，用0.1 mol.L^-1 AgNO₃溶液对洗涤液进行检测，当检测不出Cl^—离子时再用无水乙醇洗涤沉淀一遍；洗涤后的沉淀在110℃真空干燥箱中干燥10 h，研磨至ZrO₂粉末，500℃马弗炉中焙烧2h，室温冷却装瓶备用；

将石墨、聚四氟乙烯乳液和上步得到的ZrO₂粉末加入反应器中，再加入无水乙醇，磁力搅拌10min；所得到的ZrO₂-石墨混合物搅拌条件下加热蒸发掉乙醇，当混合物呈膏状固体时停止加热，将膏状固体倒入模具中压紧去除多余乙醇液体成模；压制出的模在110℃真空干燥箱中干燥2h，再在300℃马弗炉中下焙烧3h，即制备得到掺杂ZrO₂的石墨电极；

其中，物料配比为：质量比石墨：聚四氟乙烯乳液： ZrO₂=1:1:0.02~0.3放入反应器中，每克石墨加5mL无水乙醇；所述的聚四氟乙烯乳液的浓度为质量百分浓度60%。

5.如权利要求4所述的用掺杂ZrO₂石墨电极电催化还原5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲基呋喃的方法，其特征为所述的锆盐具体为ZrOCl₂.8H₂O、Zr(SO₄)₂.H₂O或Zr(NO₃)₄.5H₂O。