[发明专利]一种利用硫化铟/镍铁类水滑石复合膜光电催化氧化木糖的方法

说明书

本发明属于光电催化领域，具体涉及一种利用硫化铟/镍铁类水滑石复合膜光电催化氧化木糖的方法：以负载于导电玻璃上的硫化铟/镍铁类水滑石复合膜作为光阳极，以铂片电极作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，在光照和施加偏压的条件下，对电解池内含有支持电解质的木糖溶液进行光电催化氧化，制备得到木糖酸。在太阳光、紫外光和可见光照射下能迅速将木糖氧化为木糖酸，具有工艺简单、成本低廉、适于规模化生产的优势，有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光电催化领域，具体涉及一种利用硫化铟/镍铁类水滑石复合膜光电催化氧化木糖的方法。

背景技术

充分利用农林废弃物等可再生生物质资源生产绿色化工产品，以实现化工产业的可持续发展，获得越来越多的关注。半纤维素是农林废弃物中除纤维素之外的第二大组分，其木糖基在农林废弃物中的含量可高达18~30％，利用农业废弃物如玉米的穗轴、秸秆等中的半纤维素水解可以生产木糖，木糖进一步氧化可以生产木糖酸。木糖酸是一种最具发展前途的木糖转化产物。它可以作为一种多功能的平台化合物，在皮革、纺织、医药、建筑、化学化工、冶金等各个领域获得应用，极具发展与应用前景。

目前利用木糖氧化制备木糖酸的主要方法包括生物氧化法、化学氧化法、电化学氧化法和光催化氧化法。生物氧化法是利用氧化葡萄糖酸杆菌等微生物发酵氧化或葡萄糖氧化酶和木糖脱氢酶催化氧化木糖制备木糖酸，生产工艺条件较为温和，不会对环境造成危害，但对生产条件要求比较严格，且生产周期长，副产物难以分离。化学氧化法又可分为均相催化氧化法和多相催化氧化法，均相催化氧化法是利用碘催化氧化木糖制备木糖酸，反应过程中需要将木糖分子中的羟基保护起来，待反应完成后再将羟基保护基脱掉，生产工艺复杂，副产物多，产物难以分离，且存在催化剂回收等问题；多相催化氧化法常用催化剂为贵金属钯或活性碳，虽然解决了催化剂的分离问题，但需要在加热和通氧的条件下进行，反应条件也相当复杂。电解氧化法工艺简单，没有副产物产生，但能耗大，条件不易控制。光催化氧化法是在光催化剂如改性氮化碳与光照下催化氧化木糖制备木糖酸的方法，解决了电催化氧化能耗大的缺点，但光生电子和空穴的复合率高，导致光催化反应效率较低。因此，目前的木糖酸制备方法仍然有待进一步改进。

发明内容

针对目前木糖氧化技术的不足，本发明提出了一种利用光电催化技术氧化木糖制备木糖酸的方法，该方法既具有电解氧化法的优点，又通过利用光电催化技术克服了光催化中光生电子和空穴的复合率高、反应效率低的不足，具有工艺简单、成本低廉、适于规模化生产的优势。

一种利用硫化铟/镍铁类水滑石复合膜光电催化氧化木糖的方法，以负载于导电玻璃上的硫化铟/镍铁类水滑石复合膜作为光阳极，以铂片电极作为对电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，在光照和施加偏压的条件下，对电解池内含有电解质的木糖溶液进行光电催化氧化，制备得到木糖酸。

优选地，所述的导电玻璃为掺杂氟的氧化锡（FTO）导电玻璃。

优选地，所述的导电玻璃使用前经丙酮和去离子水清洗。

优选地，所述的镍铁类水滑石中镍和铁的摩尔比为3：1。

优选地，所述的光照为太阳光、紫外光、可见光和近红外光中的一种；

优选地，所述的偏压为0.1~0.3 V；优选为0.2V。

优选地，所述的电解质为0.25mol/L的Na₂SO₄水溶液。

优选地，所述木糖溶液的浓度为0.1-2wt%。

本发明所述负载于导电玻璃上的硫化铟/镍铁类水滑石复合膜光阳极是指在导电玻璃上先沉积硫化铟薄膜，再在沉积有硫化铟薄膜的导电玻璃上沉积镍铁类水滑石薄膜所构成的复合薄膜光电极。

一种硫化铟/镍铁类水滑石复合膜，通过以下步骤制备得到：