[发明专利]催化剂及2,5-呋喃二甲酸的制备方法

说明书

本发明提供一种催化剂及2,5‑呋喃二甲酸的制备方法，该催化剂的制备方法包括：将载体、碱性含氮化合物与活性组分前驱体混合置于溶剂中，水浴条件下加热并进行回流搅拌处理；将所述回流搅拌处理后的载体依次进行干燥处理和焙烧还原处理，得到所述催化剂；其中，所述活性组分前驱体选自氯化钌、氯化钯、氯铂酸和氯化铑中的一种或多种，所述载体选自活性炭、石墨、富勒烯和氧化石墨烯中的一种或多种。采用本发明的催化剂能在不外加碱性助剂的条件下实现5‑羟甲基糠醛的高效转化，得到高选择性的2,5‑呋喃二甲酸，操作方法简单，反应条件温和，且绿色环保无污染，有很好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及化工领域，具体涉及一种催化剂的制备方法及应用所制得的催化剂制备2,5-呋喃二甲酸的方法。

背景技术

目前社会所需的燃料和化学品主要来源于化石燃料，而化石燃料成本的增加，供应量的减少以及对环境的影响使人们对可持续的替代能源和化工原料产生了广泛的兴趣，尤其是生物质资源，其来源广泛、碳水化合物比重大，可以通过选择性脱水或加氢等过程生产液体燃料和有机化学品。5-羟甲基糠醛(HMF)是重要的生物质基平台化合物之一，其可以通过酸催化果糖、葡萄糖和纤维素等碳水化合物脱水制得，由5-羟甲基糠醛催化氧化得到的2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。FDCA的分子结构中含有芳香环，用于合成生物基高分子材料可有效提高其耐热性能和机械性能，被认为是石油基单体对苯二甲酸(PTA)的理想替代品，也可以替代间苯二甲酸、己二酸、丁二酸、双酚A等应用于聚酯、聚酰胺、环氧树脂等生物基聚合物的合成。因此，开发2,5-呋喃二甲酸的合成方法具有重要应用价值与生物质可持续利用意义。

在HMF选择氧化制备FDCA的过程中，生成的FDCA会使金属催化剂活性下降甚至失活，因此常常加入碱性化合物与产物FDCA生成盐，保护催化剂，同时阻止FDCA的开环降解，提高产物的选择性。已有部分专利与文献报道合成FDCA的方法，例如：CN 101891719A公开了一种合成2,5-呋喃二甲酸的方法，该方法采用催化剂在碱性溶液中催化呋喃类物质合成2,5-呋喃二甲酸，然而反应时间较长，碱溶液与产物混合不易分离；Gupta等(GreenChemistry，2011，13(4)，p824～827)将Au负载于碱性水滑石(HT)上得到Au/HT催化剂，然而，随着使用次数的增加，载体HT会逐步溶解，使得催化剂稳定性降低；CN104162422A公开了一种碱性碳质固体催化剂载体的制备方法，其用于催化合成FDCA，然而该催化剂多次使用后产生活性下降的问题。

故，亟需提供一种新的催化剂及应用其合成2,5-呋喃二甲酸的方法，以解决现有技术中存在的上述种种问题。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种催化剂的制备方法及应用所制得的催化剂制备2,5-呋喃二甲酸的方法，以解决传统合成方法中或用碱性溶液作为碱源，为产物分离带来困难，后续酸化处理复杂；或将碱性化合物作为载体，在循环过程中碱性金属离子的损耗使得催化剂稳定性降低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种催化剂的制备方法，包括：

将载体、碱性含氮化合物与活性组分前驱体混合置于溶剂中，水浴条件下加热并进行回流搅拌处理；

将所述回流搅拌处理后的载体依次进行干燥处理和焙烧还原处理，得到所述催化剂；

其中，所述活性组分前驱体选自氯化钌(RuCl₃)、氯化钯(PdCl₂)、氯铂酸(H₂PtCl₆)和氯化铑(RhCl₃)中的一种或多种，所述载体选自活性炭(AC)、石墨(C)、富勒烯(C₆₀)和氧化石墨烯(GO)中的一种或多种。