[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

在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，减少对环境的污染。

5-HMF氧化制备聚合物单体FDCA的反应通常在水相中反应，但需要碱的加入，通常反应体系中会加入NaOH、Na₂CO₃等碱性化合物。例如Rass等研究了Pt–Bi/C催化剂在在NaOH（或 Na₂CO₃）水溶液中选择性氧化HMF制备FDCA (H. A. Rass, N. Essayem, M. Besson, Green Chemistry, 2013, 15(8): 2240-2251)。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(S. E. Davis, B. N. Zope, R. J. Davis, Green Chemistry, 2012, 14(1): 143-147)。Pasini等采用双金属催化剂Au-Cu/TiO₂催化分子氧氧化HMF，在NaOH 溶液中，优化的条件下FDCA收率高达99％ (T. Pasini, M. Piccinini, M. Blosi et al., Green Chemistry, 2011, 13(8): 2091-2099)。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 (Y. Y. Gorbanev, S. Kegn?s, A. Riisager, Topics in Catalysis, 2011, 54(16-18): 1318-1324)。林鹿等在其专利（专利号:201010228459）中用Pt、Au、Pd负载的C或CuO-Ag₂O催化剂在碱性溶液催化氧化HMF制备FDCA，得到较高的FDCA收率。但是均相碱的存在会腐蚀生产装置，对设备要求较高。马红等在其专利（专利号:201210390203）中，利用贵金属负载碱性载体制备的催化剂，高效高选择性地催化氧化HMF制备FDCA，但是其所用的MgO、Mg(OH)₂或镁铝复合氧化物等载体在水相中容易溶解到水相中，导致催化剂稳定性降低。在我们之前的专利（专利号：201410285539）中，制备了碱性碳质固体催化剂载体，其本质是碳-氧化镁的复合物，负载贵金属后用于无均相碱条件下的HMF氧化制备FDCA，取得了优异的效果，FDCA的收率高达95%以上，且可重复使用多次。但催化剂使用多次后自由的MgO会逐渐流失，催化活性下降。所以在此基础上我们需要开发一种更稳定的碱性固体催化剂载体。

碳材料广泛用作催化剂载体，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满足5-HMF氧化制备FDCA的需要，本专利制备了碱性碳质固体催化剂载体，负载贵金属Pt后，用于HMF氧化制备呋喃二甲酸，取得了优异的效果。

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，并将其负载贵金属后，用于HMF氧化制备呋喃二甲酸。

本发明的具体技术方案如下：