[发明专利]一种非晶NiFeB催化剂上电催化氧化5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲酸的方法

说明书

本申请提供了一种非晶NiFeB催化剂上电催化氧化5‑羟甲基糠醛制备2,5‑呋喃二甲酸的方法，包括：对泡沫镍或泡沫铜进行预处理，得到符合制备条件的目标泡沫镍或目标泡沫铜；将Ni/Fe金属盐溶液和NaBH₄水溶液，滴加在所述目标泡沫镍或所述目标泡沫铜表面至所述目标泡沫镍或所述目标泡沫铜表面完全变黑，得到NiFeB催化剂；在H型电解池中加入溶于碱性电解液的5‑羟甲基糠醛和所述NiFeB催化剂，通电后获取2,5‑呋喃二甲酸。利用非贵金属催化剂，以电为驱动力，温和条件下有效电催化氧化5‑羟甲基糠醛合成2,5‑呋喃二甲酸。该方法操作简单，反应条件温和，并且催化剂的重复使用性良好，有效降低了成本。

技术领域

本申请涉及催化剂制备技术领域，尤其是涉及一种非晶NiFeB催化剂上电催化氧化5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲酸的方法。

背景技术

面对日益枯竭的传统化石能源(如石油、煤、天然气等)以及日益加剧的环境污染问题，以可再生的生物质资源为基础的新的燃料以及化学品的合成路线成了目前研究的热点。基于生物质平台分子的绿色化工正在逐渐替代传统石化产品的生产路线。通过纤维素、半纤维素和木质素等生物质资源得到的5-羟甲基糠醛(HMF)是一个重要的平台分子，它的氧化产物2,5-呋喃二甲醛(DFF)是很好的生物质液体燃料，2,5-呋喃二甲酸(FDCA)是最有可能代替石油基产物对苯二甲酸用于聚酯生产的化合物。

近年来，利用热、光、电以及生物催化等多种方式进行了大量的HMF氧化研究。热催化虽然在产率与产品纯度方面有一定的优势，但是其高温高压的反应条件、氧化剂的使用以及后处理成本等限制了在工业中的应用。光催化和生物催化虽然反应条件温和、选择性较高，但是其产率目前还不尽如人意。而电催化生物质转化技术不仅能高效利用电能，还具有如下优点：一是可以取代高成本的氢气或有机分子(如异丙醇等)使用，直接用水作为转移加氢的氢源，避免了使用比较危险的氢气或价格昂贵的氧化剂；二是在常温常压下即可以使催化反应进行，无需高温高压的反应条件，从而有效降低了转化过程中的能量消耗；三是可以通过调控电流大小或者改变溶液的pH值，调节电催化合成反应速率，同时可以提高对反应产物的选择性；四是电催化技术可实现在阳极进行生物质氧化反应与阴极产氢同时进行，有助于提高电解槽利用效率。

鉴于5-羟甲基糠醛(HMF)是连接生物质资源尤其是碳水化合物和石油工业产品的桥梁。

已有许多研究人员对此展开大量探索研究。从贵金属体系逐渐发展为过渡金属体系，由传统的热催化发展为光/电催化，由均相体系发展为多相催化体系。但是均相体系产物与催化剂难以分离，开发高效的过渡金属多相电催化体系成为近年研究趋势。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种非晶NiFeB催化剂上电催化氧化5- 羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲酸的方法，通过将非贵金属二价镍铁盐溶解在蒸馏水中并配置一定浓度的NaBH₄水溶液，在丙酮、盐酸、乙醇和水清洗后的泡沫镍或泡沫铜上滴加金属盐溶液和NaBH₄水溶液，直至泡沫镍完全变黑，即得非晶NiFeB催化剂。

本申请实施例提供了一种非晶NiFeB催化剂上电催化氧化5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲酸的方法，包括：

对泡沫镍或泡沫铜进行预处理，得到符合制备条件的目标泡沫镍或目标泡沫铜；

将Ni/Fe金属盐溶液和NaBH₄水溶液，滴加在所述目标泡沫镍或所述目标泡沫铜表面至所述目标泡沫镍或所述目标泡沫铜表面完全变黑，得到NiFeB催化剂；

在H型电解池中加入溶于碱性电解液的5-羟甲基糠醛和所述NiFeB催化剂，通电后获取2,5-呋喃二甲酸。

可选的，所述对泡沫镍或泡沫铜进行预处理，得到符合制备条件的目标泡沫镍或目标泡沫铜的步骤，包括：

将泡沫镍或泡沫铜剪成2cm×1cm大小的长方形片，得到预设大小的初始泡沫镍或初始泡沫铜；