[发明专利]电催化甘油氧化制备甘油酸耦合产氢的方法

说明书

本发明公开了一种电催化甘油氧化制备甘油酸耦合产氢的方法，将负载阳极催化剂的导电基底作为阳极，将阴极催化剂作为阴极，与电解液组装成电解池；在电解液中加入甘油，在电催化条件下，甘油在阳极被氧化生成甘油酸，水在阴极被还原生成氢气。本发明利用水中的氧原子作为氧化反应中的氧源、氢原子作为还原反应中的氢源，无需额外的氧化还原试剂，即可实现甘油高选择性氧化制备甘油酸耦合阴极产氢。本发明为在常温常压下，绿色高效制备甘油酸提供了一种新的思路和方法。

技术领域

本发明属于甘油酸生产技术领域，具体涉及一种电催化甘油氧化制备甘油酸耦合产氢的方法。

背景技术

植物油、动物脂肪可以通过转酯化反应合成出生物柴油，然而这一过程中不可避免地会产生甘油这一副产物，随着生物柴油产业的蓬勃发展，甘油的产量早已呈现供过于求的态势，因此将甘油转化为其它高价值化学品如二羟基丙酮、甘油酸、乳酸、甲酸等逐渐成为众多研究者所关注的问题（ACS Catalysis, 2018, 8(7): 6301-6333.）。其中甘油酸是生物医药、食品添加剂等化工合成产业中一种重要的反应中间体。但目前甘油氧化制备甘油酸以热催化方法为主，这一过程需要高温高压环境，不利于工业化生产（ACSCatalysts, 2020, 10, 3832−3837）。虽然已有专利报导了在常温常压下实现甘油氧化制备甘油酸，但该方法仍需要使用额外的氧化剂（氧气）（CN 109876802 A）。

以可再生能源驱动的电催化方法以水作为氧化还原试剂，无需额外的氧化还原试剂，即可在常温常压下实现阳极一端的绿色高效氧化反应，同时在阴极联产氢气，实现对能源的充分利用。但目前关于电催化甘油氧化制备甘油酸的报道较少，且电催化甘油高选择性（80%）制备甘油酸仍然没有报导（Catalysts, 2022, 12, 192）。

发明内容

本发明是为了克服现有甘油氧化制甘油酸技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种电催化甘油制备甘油酸耦合产氢的方法，实现在常温常压下绿色高效制备甘油酸同时联产氢气，为生物柴油生产过程中过剩副产物（甘油）的升级利用提供了一种绿色高效途径。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电催化甘油氧化制备甘油酸耦合产氢的方法，包括以下步骤：

（Ⅰ）组装电解池

将负载阳极催化剂的导电基底作为阳极，将阴极催化剂作为阴极，与电解液组装成电解池；

（Ⅱ）电催化反应

在电解液中加入甘油，在电催化条件下，甘油在阳极被氧化生成甘油酸，水在阴极被还原生成氢气。

在上述技术方案中，所述阳极催化剂为贵金属、贵金属/氢氧化物、贵金属/氧化物中的任意一种或几种。

在上述技术方案中，所述氢氧化物为镍基、钴基、铜基氢氧化物或水滑石材料中的任意一种；所述氧化物为氧化镍、氧化钴、氧化铁、氧化铝、氧化铜、氧化铋、二氧化锰或二氧化钛中的任意一种。

在上述技术方案中，所述贵金属为铂、金、银、钌、铱、钯、铜或铑中的任意一种或几种。

在上述技术方案中，所述阴极催化剂为铂基催化剂；当阴极催化剂为粉体时，所述阴极由导电基底负载阴极催化剂组成。

在上述技术方案中，所述导电基底为碳布、碳纸、泡沫镍、镍片、镍网、泡沫铜、铜片、铜网、钛片、钛网、不锈钢片、不锈钢网、ITO导电玻璃或FTO导电玻璃中的任意一种。

在上述技术方案中，所述电解液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、硫酸、盐酸或磷酸缓冲溶液中的任意一种水溶液，所述电解液中电解质的浓度为1 g/L ~500 g/L。

在上述技术方案中，所述电解液中甘油的浓度为1 g/L ~100 g/L

在上述技术方案中，所述步骤（Ⅱ）的电催化条件为常温常压，电压为0.3 V - 2 Vvs. RHE。