[发明专利]一种用于制备呋喃二甲酸的碱性碳质载体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳质催化剂载体的制备方法及其应用，属于催化化学和化学工程领域。

背景技术

随着经济的快速发展，能源短缺问题已经成为全世界普遍关注的问题。我国石油资源匮乏，石油安全问题日益突出，必须找出一条保障能源安全的根本途径和替代方法；所以，全球对可再生资源的开发与利用产生浓厚的兴趣。目前最主要的可再生能源包括：生物质能、地热能、氢能、小水电、太阳能、风电、潮汐发电等，其中，生物质资源是最为丰富的可再生资源。

生物质经过预处理，先降解为葡萄糖和果糖等单糖，糖类进一步脱水后得到化合物—5-羟甲基糠醛（5-HMF）。HMF具有高活性的呋喃环系、芳醇、芳醛的结构，成为一种非常重要的平台化合物，可以进一步氧化成呋喃二甲酸(FDCA)。

FDCA可以作为合成聚酯类材料的初始原料。常用的宝特瓶材料PET是由石油中的对二甲苯氧化产物--对苯二甲酸所组成。FDCA具有与对苯二甲酸类似的结构，可以用于合成聚酯材料的原始化工原料。这样就可以充分利用丰富的生物质资源，降低对化石资源的依赖，减少环境的污染。

对于如何绿色环保地把5-HMF氧化到FDCA，众多研究者做了很多的工作。所涉及的催化剂主要有贵金属负载到不同的载体上的催化剂。

5-HMF氧化制备聚合物单体FDCA的反应通常在水相中反应，由于水相反应中底物HMF在酸性条件下易聚合，产物有机酸FDCA又微溶于水，所以反应体系中一般会加入NaOH、Na₂CO₃等碱性化合物来提供一个碱性环境。Rassp等研究了Pt–Bi/C体系用到HMF选择性催化氧化制备FDCA。Davis等通过负载Pt或Au的催化剂来研究HMF在高pH值下氧化到FDCA的机理。Pasini等采用双金属催化剂Au-Cu/TiO2催化分子氧氧化HMF，在优化条件下，FDCA收率高达99％。Gorbanev等尝试用不同载体负载的Ru催化剂在水相体系中催化分子氧氧化HMF制得FDCA。但是均相碱的存在不但会腐蚀生产装置，还造成了分离的困难，增加了成本。所以我们需要一种固体碱性催化剂载体。

碳材料可以作为催化剂载体用来负载贵金属作为催化剂中心催化氧化还原反应，且钯碳、铂碳等催化剂已经作为成熟的商业催化剂应用于实际生产中。但通常的碳材料表面含氧羟基、羧基等酸性官能团，不适于作为HMF氧化制备FDCA的载体，为了增加催化剂的碱性以适应5-HMF氧化制备FDCA的反应，本专利采用一定方法制备了碳-氧化镁复合材料作为碱性碳质固体催化剂载体。将酚类化合物或糖类的一种或几种与镁前驱体在一定温度下采用水热或溶剂热合成方法，然后进一步碳化得到碱性碳质固体催化剂载体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碱性碳质固体催化剂载体的制备方法，并将其应用于负载型催化剂的制备中。

本发明的具体技术方案如下：

本发明的碳质催化剂载体的制备方法，其特征包括以下步骤：将酚类化合物或糖类与镁前驱体按质量比5-1:1的比例加入到溶剂中，搅拌混合后在120℃-200℃水热或溶剂热法进行反应6-72h，然后将反应得到的产物，经去离子水、醇洗涤后抽虑，烘干、研磨、600^oC-1000℃温度下碳化得到碱性碳质固体催化剂载体，通过浸渍法将1-5%的贵金属负载到碱性碳质固体催化剂载体上，就得到了贵金属负载的碱性碳质固体催化剂；

所述酚类化合物为间苯二酚、1,3,5-三羟基苯、邻苯二酚等酚类化合物中的一种或多种的混合物；所述糖类为葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、果糖、半乳糖、乳糖、纤维二糖、棉子糖等中的一种或多种的混合物；

所述镁前驱体为氧化镁、碳酸镁、有机镁盐或其它镁盐等；

所述的溶剂是水或乙醇、乙二醇等有机溶剂的一种或几种；

所述的碱性碳质固体催化剂载体的制备方法，其特征在于：负载贵金属后可用于5-羟甲基糠醛氧化制备呋喃二甲酸的反应。

本发明具有以下优点：

本发明在于提供一种简单的碱性碳质固体催化剂载体的制备方法，并将其应用于负载型催化剂的制备中，结构稳定，应用广泛，尤其是具有较好的抗水性能，也能较为方便地实现工业化的批量生产。用此方法可以通过调节不同碳源和镁前驱体种类和比例来制备不同样式的催化剂载体。

下面用实例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。

附图说明

附图1为实施例1利用商品氧化镁制备的碱性碳质固体催化剂载体的XRD谱图。