[发明专利]一种生物质类化合物电催化氧化制取2;5-呋喃二甲酸的方法

摘要

本发明涉及一种生物质类化合物电催化氧化制取2,5‑呋喃二甲酸的方法，它采用H型电解槽进行反应，在阳极室，将负载型催化剂作为工作电极，以生物质类化合物为反应底物溶解在碱性溶液中作为阳极液；在阴极室，铂片作为对电极，碱性溶液作为阴极液，在温度为30‑90℃、电流为5‑50 mA，槽电压为1‑10 V，进行电催化氧化反应，反应时间0.5‑5小时，反应结束经后处理得2,5‑呋喃二甲酸，本发明的工艺方法，电催化氧化反应过程条件温和，绿色无污染，原料转化率较高，FDCA选择性较好，相对于现有技术普遍采用的贵金属催化剂，本发明使用的金属钒化物催化剂成本低，避免稀有贵金属原料的消耗。

主权项

1.一种生物质类化合物电催化氧化制取2,5‑呋喃二甲酸的方法，其特征在于由恒电流仪控制电压和电流，采用H型电解槽进行反应，阴极室和阳极室容积均为10‑100 mL，两个电极室由阳离子交换膜隔开，在阳极室，将负载型催化剂作为工作电极，以生物质类化合物为反应底物溶解在0.1‑2.0 mol/L的碱性溶液中作为阳极液；在阴极室，铂片作为对电极，0.1‑2.0 mol/L的碱性溶液作为阴极液，在恒温水浴中在温度为30‑90℃、电流为5‑50 mA，槽电压为1‑10 V，进行电催化氧化反应，反应时间0.5‑5小时，反应结束后，反应液冷却，使用有机溶剂萃取，得到有机萃取液，取有机层常压精馏得2,5‑呋喃二甲酸，其反应方程式如下：式（I）中，R₁和R₂各自独立的表示甲基、羟甲基、醛基或羧基；所述负载型催化剂由泡沫金属载体和负载于金属载体上的非贵金属钒化物组成，非贵金属钒化物的负载量以金属载体的质量计为1‑15 wt%；所述负载型催化剂的制备方法包括如下步骤：1）按投料比，取非贵金属盐溶于20‑100mL水中，在室温下搅拌10‑30分钟，称为A溶液，非贵金属盐为偏钒酸铵、偏钒酸钠或正钒酸钠；2）将酸溶解在水中配成浓度为0.5‑5 mol/L酸性溶液，称为B溶液，所述酸为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸或高氯酸，酸的浓度为1‑2 mol/L；3）将取1‑5mL步骤2）得到的B溶液滴加到步骤1）得到的A溶液中，常温搅拌10‑60分钟，称为C溶液；4）将还原剂溶解在水中配成浓度为0.5‑8 mol/L 的还原剂溶液，称为D溶液；5）将取1‑8 mLD溶液滴加到步骤3）得到的C溶液中，常温搅拌10‑30分钟，将非贵金属盐还原成纳米金属钒化物，得到前驱体溶液；6）将步骤5）中的前驱体溶液和预处理好的金属载体加入水热釜中于100‑180℃下水热反应2‑16小时，待冷却至室温后取出金属载体，然后用蒸馏水和乙醇洗涤，再在50‑100℃下真空干燥得到负载型催化剂，所述的金属载体为泡沫镍、泡沫铜或泡沫铝；7）将步骤6）中干燥后所得负载型催化剂置于微波反应器内，进行微波处理，微波功率控制在100‑300 W，负载型催化剂在该微波条件下活化10‑60分钟；8）将步骤7）中微波处理后的催化剂置于管式炉内，在一定气氛下焙烧，焙烧温度为200‑700℃，焙烧时间为0.5‑5 小时，反应结束后即得到负载型催化剂三维多孔羟基氧化钒催化剂/泡沫镍、三维多孔氮化钒催化剂/泡沫铜或三维多孔氧化钒催化剂/泡沫铝，所述的一定气氛为氨气、氮气、氩气、氦气或空气。