[发明专利]一种制备2,5-呋喃二甲酸的方法

说明书

本发明公开了一种制备2,5‑呋喃二甲酸的方法，包括：在有机溶剂与水组成的混合溶剂中，在氧化催化剂存在的条件下，使5‑羟甲基糠醛与氧气进行反应，得到所述2,5‑呋喃二甲酸；其中，所述氧化催化剂为负载型金属催化剂，所述负载型金属催化剂包括载体和负载于所述载体上的金属，所述金属为Ru或Ru与Pt、Pd或Au中的一种或多种组成的组合。本发明使用水与有机溶剂组成的混合溶剂，避免了传统方法中碱性化合物的引入，及其所带来的酸化处理等复杂过程；同时，本发明使用高比表面积含碳载体负载的Ru基催化剂作为氧化催化剂，催化剂制备方法简单、廉价，反应过程绿色、简洁，FDCA收率高。

技术领域

本发明涉及含氧有机物制备，具体涉及一种制备2,5-呋喃二甲酸的方法。

背景技术

目前社会所需的燃料和化学品主要来源于化石燃料，而化石燃料对环境的影响使人们对可持续的替代能源和化工原料产生了广泛的兴趣，尤其是生物质资源，其来源广泛、碳水化合物比重大，可以通过多种化学催化过程生产液体燃料和有机化学品。5-羟甲基糠醛(HMF)是重要的生物质基平台化合物之一，其可以通过酸催化果糖、葡萄糖和纤维素等碳水化合物脱水制得，由HMF催化氧化得到的2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。FDCA用于合成生物基高分子材料可有效提高其耐热性能和机械性能，被认为是石油基单体对苯二甲酸(PTA)的理想替代品，可以广泛应用于聚酯、聚酰胺、环氧树脂等生物基聚合物的合成。因此，开发2,5-呋喃二甲酸的合成方法具有重要应用价值与生物质可持续利用意义。

在HMF选择氧化制备FDCA的过程中，由于FDCA在水中的溶解度较低(1g/100mL水，100℃)，因此研究者常常通过在反应过程中加入碱性化合物与产物FDCA生成FDCA的可溶性盐类化合物的方法，来提高工艺方法的单程处理量。但是，这些方法得到的FDCA的盐类化合物并不能直接用于生产聚合物等过程，而必须经过酸化(pH≈1)处理，使其重新转化为FDCA产品，这无疑增加了FDCA整体生产工艺方法的复杂性，并降低了其环保性。CN108779088A公开了一种在无需引入碱性化合物的条件下，由HMF一步或两步氧化制备FDCA的方法。该方法通过使用水和有机溶剂的混合溶剂，有效地提高了FDCA的溶解度。该方法使用的催化剂为负载型金属催化剂，其中金属组分为Pt、Au，载体的比表面积限定在20m²/g至500m²/g的范围内。由于Pt和Au的价格较为昂贵(约300～400元/克)，所以相应的造成整体工艺方法的成本较高，难以实际应用。CN111039906A通过在碳基载体表面掺入N元素的方法，同样在水与有机溶剂的混合溶剂中实现了氧化HMF制备FDCA的方法，但该方法载体掺氮过程较为复杂，使得催化剂的制备成本相应提高，同样难以实际应用。

故，亟需提供一种过程简单、廉价且绿色的合成2,5-呋喃二甲酸的方法，以解决现有技术中存在的上述种种问题。需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种2,5-呋喃二甲酸的制备方法，该方法使用水与有机溶剂组成的混合溶剂，避免了传统方法中碱性化合物的引入，及其所带来的酸化处理等复杂过程；同时，本发明使用高比表面积含碳载体负载的Ru基催化剂作为氧化催化剂，催化剂制备方法简单、廉价，反应过程绿色、简洁，FDCA收率高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种制备2,5-呋喃二甲酸的方法，包括：

在有机溶剂与水组成的混合溶剂中，在氧化催化剂存在的条件下，使5-羟甲基糠醛与氧气进行反应，得到所述2,5-呋喃二甲酸；

其中，所述氧化催化剂为负载型金属催化剂，所述负载型金属催化剂包括载体和负载于所述载体上的金属，所述金属为Ru，或Ru与Pt、Pd或Au中的一种或多种组成的组合。