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CN106279080A - 一种5‑羟甲基糠醛光催化制备2,5‑呋喃二甲酸的方法 - Google Patents

一种5‑羟甲基糠醛光催化制备2,5‑呋喃二甲酸的方法 Download PDF

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苏坤梅
程博闻
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Abstract

本发明公开了一种5‑羟甲基糠醛光催化制备2,5‑呋喃二甲酸的方法。以5‑羟甲基糠醛为原料，利用光触媒催化剂，以水为溶剂，在光照下，以光催化分解水产生的氧气或过氧化氢为氧化剂，对5‑羟甲基糠醛进行选择性氧化制备2,5‑呋喃二甲酸。反应体系环境友好，绿色无污染；在低温下就能实现2,5‑呋喃二甲酸的高效、选择性合成，5‑羟甲基糠醛的转化率达到90％以上。

Description

一种5-羟甲基糠醛光催化制备2,5-呋喃二甲酸的方法
技术领域
本发明属于化工领域，具体是一种5-羟甲基糠醛光催化制备2,5-呋喃二甲酸的方法。
背景技术
目前，随着化石燃料的消耗，寻找可再生和具有可持续发展的燃料和化学品的替代品已经成为研究重点。化学工业已经将他们的关注焦点集中在生产工艺之中，采用具有环境友好型的生物质资源。生物质资源具有价格低廉，储量丰富，可再生等优点。木质素、纤维素、半纤维素等可再生物质，资源丰富。利用它们可以转化制备平台化合物5-羟甲基糠醛。5-羟甲基糠醛是重要的精细化工原料，可以通过氧化、氢化和缩合等反应制备多种衍生物。
2,5-呋喃二甲酸是国际上公认的12大具有潜在价值的基础化合物之一，是5-羟甲基糠醛氧化形成的衍生物之一。2,5-呋喃二甲酸可用于合成多种精细化学品和呋喃基聚合物，在合成纤维和聚酯中具有重要的潜在应用价值。
传统5-羟甲基糠醛氧化，采用具有强氧化性的试剂，如铬酸盐、重铬酸盐、高锰酸盐等，采用计量氧化法，这些氧化试剂具有环境污染、存在毒性的缺点。目前，5-羟甲基糠醛氧化制备2,5-呋喃二甲酸的研究主要集中于贵金属氧化，如金、钯、铂等贵金属复合材料作催化剂，以分子氧或过氧化氢为氧化剂，存在催化剂价格昂贵、成本高的问题。近些年来有报道采用铜作为催化剂，以分子氧或过氧化氢为氧化剂，尽管解决了成本问题，但是产物选择性相对较低。申请号201510395096.0公开了以钼酸季铵盐和钨酸季铵盐为催化剂，氧气、双氧水或者空气为氧化剂，在碱性环境下加热到80-120℃，对5-羟甲基糠醛进行选择性氧化。该制备方法环境友好、选择性和收率高、成本降低，但氧化剂成本较高，主要为氧气瓶灌装氧气或双氧水。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种5-羟甲基糠醛光催化制备2,5-呋喃二甲酸的方法。以5-羟甲基糠醛为原料，利用光触媒催化剂，以水为溶剂，在光照下，以光催化分解水产生的氧气或过氧化氢为氧化剂，对5-羟甲基糠醛进行选择性氧化制备2,5-呋喃二甲酸。反应体系环境友好，绿色无污染；在低温下就能实现2,5-呋喃二甲酸的高效、选择性合成，5-羟甲基糠醛的转化率达到90％以上。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种5-羟甲基糠醛光催化制备2,5-呋喃二甲酸的方法，其特征在于该方法以5-羟甲基糠醛为原料，以水为溶剂，利用光触媒催化剂，在光照条件下，反应时间为1-12h，反应温度为25-120℃，以光催化分解水产生的氧气或过氧化氢为氧化剂，对5-羟甲基糠醛进行选择性氧化制备2,5-呋喃二甲酸；
5-羟甲基糠醛：光触媒催化剂：溶剂的质量比＝100:1-50:500-5000；
所述光触媒催化剂为TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2、C3N4、TiO2/石墨烯、ZnO/石墨烯、CdS/石墨烯、WO3/石墨烯、Fe2O3/石墨烯、PbS/石墨烯、SnO2/石墨烯、ZnS/石墨烯、SrTiO3/石墨烯、SiO2/石墨烯、C3N4/石墨烯或石墨烯中的至少一种。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)采用可见光、紫外光或者红外光进行光催化氧化反应，取代了传统的热催化反应，节约了能源。
(2)采用廉价且资源丰富的光触媒催化剂代替了传统的贵金属催化剂，大大降低了成本。光触媒催化剂可以多次重复使用。重复使用20次以后，催化性能基本不变。
(3)在光触媒催化剂的催化下，可见、紫外、红外光可以催化水产生氧气或过氧化氢，进而进行选择性氧化5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲酸，节约能源，环境友好，绿色无污染。
(4)在光照下就能获得2,5-呋喃二甲酸的高收率和高选择性。5-羟甲基糠醛的转化率达到90％以上，甚至完全转化，选择性接近100％。尤其是WO3/石墨烯、PbS/石墨烯、TiO2/石墨烯、C3N4/石墨烯催化剂光催化选择性氧化效果更为明显，经检测，5-羟甲基糠醛的转化率达到98％，2,5-呋喃二甲酸的选择性在95％。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种5-羟甲基糠醛光催化制备2,5-呋喃二甲酸的方法，其特征在于以5-羟甲基糠醛为原料，以水为溶剂，利用光触媒催化剂，在光照条件下，反应时间为1-12h，优选反应时间为3-6h，反应温度为25-120℃，优选反应温度60-90℃，以光催化分解水产生的氧气或过氧化氢为氧化剂，对5-羟甲基糠醛进行选择性氧化制备2,5-呋喃二甲酸；
所述5-羟甲基糠醛：光触媒催化剂：溶剂的质量比＝100:1-50:500-5000；
所述光触媒催化剂为TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2、C3N4、TiO2/石墨烯、ZnO/石墨烯、CdS/石墨烯、WO3/石墨烯、Fe2O3/石墨烯、PbS/石墨烯、SnO2/石墨烯、ZnS/石墨烯、SrTiO3/石墨烯、SiO2/石墨烯、C3N4/石墨烯或石墨烯中的至少一种；
所述光照条件采用可见光、紫外光或红外光照射。
实施例1
将1.134g 5-羟甲基糠醛、0.113g TiO2催化剂和20ml水在磁力搅拌下加热到88℃，紫外光照射5h反应完毕。经检测，5-羟甲基糠醛的转化率达到95％，2,5-呋喃二甲酸的选择性达到96％。
实施例2
将1.134g 5-羟甲基糠醛、0.113g CdS催化剂和20ml水在磁力搅拌下加热98℃，可见光照射3h反应完毕。经检测，5-羟甲基糠醛的转化率达到89％，2,5-呋喃二甲酸的选择性在96％。
实施例3
将1.134g 5-羟甲基糠醛、20ml水和0.113g C3N4催化剂在磁力搅拌下加热到65℃，紫外光照射1h反应完毕。经检测，5-羟甲基糠醛的转化率达到97％，2,5-呋喃二甲酸的选择性在99％。
实施例4
将1.134g 5-羟甲基糠醛、20ml水和0.113g Fe2O3催化剂在磁力搅拌下加热到85℃，紫外光照射2h反应完毕。经检测，5-羟甲基糠醛的转化率达到96％，2,5-呋喃二甲酸的选择性在98％。
实施例5
将1.134g 5-羟甲基糠醛、20ml水和0.113g SrTiO3催化剂在磁力搅拌下加热到72℃，紫外光照射2h候后反应完毕。经检测，5-羟甲基糠醛的转化率达到95％，2,5-呋喃二甲酸的选择性在98％。
实施例6
将1.134g 5-羟甲基糠醛、20ml水和0.113g负载TiO2的石墨烯(TiO2/石墨烯)催化剂在磁力搅拌下加热到65℃，紫外光照射2h候后反应完毕。经检测，5-羟甲基糠醛的转化率达到93％，2,5-呋喃二甲酸的选择性在95％。
实施例7
将1.134g 5-羟甲基糠醛、20ml水和0.113gSiO2/石墨烯催化剂在磁力搅拌下加热到98℃，红外光照射5h候后反应完毕。经检测，5-羟甲基糠醛的转化率达到88％，2,5-呋喃二甲酸的选择性在85％。
实施例8
将1.134g 5-羟甲基糠醛、30ml水和0.120g石墨烯催化剂在磁力搅拌下加热到98℃，紫外光照射4h候后反应完毕。经检测，5-羟甲基糠醛的转化率达到83％，2,5-呋喃二甲酸的选择性在93％。
实施例9
将1.134g 5-羟甲基糠醛、20ml水和0.113g WO3/石墨烯催化剂在磁力搅拌下加热到90℃，紫外光照射2h候后反应完毕。经检测，5-羟甲基糠醛的转化率达到98％，2,5-呋喃二甲酸的选择性在95％。
实施例10
将1.134g 5-羟甲基糠醛、20ml水和0.113gPbS/石墨烯催化剂，在磁力搅拌下加热到90℃，紫外光照射1h候后反应完毕。经检测，5-羟甲基糠醛的转化率达到98％，2,5-呋喃二甲酸的选择性在95％。
实施例11
将1.134g 5-羟甲基糠醛、20ml水和0.113g C3N4/石墨烯催化剂在磁力搅拌下加热到90℃，紫外光照射2h候后反应完毕。经检测，5-羟甲基糠醛的转化率达到98％，2,5-呋喃二甲酸的选择性在95％。
实施例12
将1.134g 5-羟甲基糠醛、20ml水和0.113g TiO2/石墨烯催化剂在磁力搅拌下加热到90℃，紫外光照射2h候后反应完毕。经检测，5-羟甲基糠醛的转化率达到98％，2,5-呋喃二甲酸的选择性在95％。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种5-羟甲基糠醛光催化制备2,5-呋喃二甲酸的方法，其特征在于该方法以5-羟甲基糠醛为原料，以水为溶剂，利用光触媒催化剂，在光照条件下，反应时间为1-12h，反应温度为25-120℃，以光催化分解水产生的氧气或过氧化氢为氧化剂，对5-羟甲基糠醛进行选择性氧化制备2,5-呋喃二甲酸；
5-羟甲基糠醛：光触媒催化剂：溶剂的质量比＝100:1-50:500-5000；
所述光触媒催化剂为TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2、C3N4、TiO2/石墨烯、ZnO/石墨烯、CdS/石墨烯、WO3/石墨烯、Fe2O3/石墨烯、PbS/石墨烯、SnO2/石墨烯、ZnS/石墨烯、SrTiO3/石墨烯、SiO2/石墨烯、C3N4/石墨烯或石墨烯中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的5-羟甲基糠醛光催化制备2,5-呋喃二甲酸的方法，其特征在于反应时间为3-6h。
3.根据权利要求1所述的5-羟甲基糠醛光催化制备2,5-呋喃二甲酸的方法，其特征在于反应温度60-90℃。
4.根据权利要求1所述的5-羟甲基糠醛光催化制备2,5-呋喃二甲酸的方法，其特征在于所述光照条件采用可见光、紫外光或红外光照射。
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