[发明专利]二氧化铱复合氮掺杂介孔碳纳米催化剂及其制备与催化氧化葡萄糖合成葡萄糖酸的方法

说明书

本发明属于葡萄糖酸的技术领域，公开了二氧化铱复合氮掺杂介孔碳纳米催化剂及其制备与催化氧化葡萄糖合成葡萄糖酸的方法。催化剂的制备：1)将木糖、SBA‑15以及水混合，水热反应；将反应产物，水以及己二胺混合，在惰性氛围下进行水热反应，煅烧，后续处理，获得氮掺杂介孔碳材料；3)将氮掺杂介孔碳材料分散于氯化铱溶液中，加入强碱溶液，搅拌均匀，去除水分，煅烧，洗涤，干燥，获得二氧化铱复合氮掺杂介孔碳纳米催化剂。将葡萄糖、水以及所述催化剂混合，在密闭的环境以及氧气的压力下进行加热反应，获得葡萄糖酸。本发明的方法简单，所获得的催化剂具有热稳定好、催化活性高及可循环使用等优点，催化合成的葡萄糖酸产率高。

技术领域

本发明属于葡萄糖酸合成的技术领域，具体涉及一种二氧化铱复合氮掺杂介孔碳纳米催化剂(IrO₂@N-MC)及其制备方法与利用该催化剂催化氧化葡萄糖合成葡萄糖酸的方法。

背景技术

随着石油等不可再生资源的日益枯竭，以可再生的生物质为原料生产化工产品已经成为实现化工产业可持续发展的趋势。葡萄糖酸及其衍生物，如葡萄糖酸盐、葡萄糖酸内酯等，是一类重要的多用途的有机化工产品。葡萄糖酸可用于以下方面：在乳制品工业上防止乳石沉淀；在食品配方中作酸味剂；用于配置清洗剂、织物加工和金属加工的助剂、皮革矾鞣剂、金属除锈剂、建筑工业上混凝土的塑化剂、生物降解的螯合剂、二次采油的防沉淀剂等。葡萄糖酸与钠、钙、锌、亚铁等金属氧化物反应制得金属离子盐，它们在化工、食品、医药、轻工业等行业有着广泛的应用。葡萄糖酸钠作为优良的螯合剂用于水质处理，电镀等多个部门；葡萄糖酸钙、锌、亚铁、镁等用于食品行业，补充人体所需元素；葡萄糖酸内酯可用作酸味剂、防腐剂，主要用于制作内酯豆腐。

目前，工业化的葡萄糖酸合成方法有生物发酵法和多相催化氧化法，前者生产过程繁杂，因而多采用多相催化氧化法，但存在催化剂易中毒，生产效率低等缺点，开发高活性、高选择性、高稳定性的催化剂是现在生产中急需解决的问题。因此，寻找一类合适的催化剂催化氧化制备葡萄糖酸是非常有必要的。

本发明以SBA-15为模板，木糖为原料，己二胺为氮源，通过两次水热法、一次炭化法制备氮掺杂的微孔碳材料，随后以氯化铱为铱源，制备二氧化铱复合氮掺杂介孔碳纳米催化剂(IrO₂@N-MC纳米催化剂)。IrO₂@N-MC纳米催化剂具有热稳定性好、催化活性高及可重复利用等优点，避免了传统的微生物法合成葡萄糖酸生产过程复杂的弊端，解决了传统的异相催化法合成葡萄糖酸催化剂易中毒、生产效率低等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有葡萄糖酸合成的不足，提供一种二氧化铱复合氮掺杂介孔碳纳米催化剂(IrO₂@N-MC)及其制备方法。本发明的催化剂具有热稳定好、催化活性高及可循环使用等优点。

本发明的另一目的在于提供利用上述催化剂催化氧化葡萄糖合成葡萄糖酸的方法。本发明利用上述催化剂可简单、高效的催化氧化葡萄糖合成葡萄糖酸，催化剂的催化活性好、热稳定性好，葡萄糖酸的产率高。本发明的方法简单易控，成本低，绿色无污染。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种二氧化铱复合氮掺杂介孔碳纳米催化剂(IrO₂@N-MC)的制备方法，包括以下步骤：

(1)将木糖、SBA-15以及水混合，然后进行水热反应，后续处理，获得反应产物；所述水热反应的温度为150～200℃；

(2)将反应产物，水以及己二胺混合，在惰性氛围下进行水热反应，后续处理，获得氮掺杂的反应产物；所述水热反应的温度为150～200℃；

(3)将氮掺杂的反应产物进行煅烧，酸处理，过滤，洗涤至中性，干燥，获得氮掺杂介孔碳材料；所述煅烧的温度为550～950℃；