[发明专利]一种碳包覆氮化铜纳米线催化剂电催化加氢制取2,5-呋喃二甲醇的方法

说明书

本发明公开了一种碳包覆氮化铜纳米线催化剂电催化加氢制取2,5‑呋喃二甲醇的方法，采用H型电解槽进行反应，在阳极室，铂片作为对电极，酸性溶液作为阳极液；在阴极室，将碳包覆氮化铜纳米线催化剂直接作为工作电极，以5‑羟甲基糠醛溶解在酸性溶液中作为阴极液，在温度为25‑80℃，电流为10‑100mA，槽电压为1‑10V，进行电催化加氢反应，反应时间1‑5h，反应结束后，反应液经后处理得2,5‑呋喃二甲醇(BHMF)。本发明的工艺方法，电催化加氢反应过程条件温和，绿色无污染，原料转化率较高，BHMF选择性较好，相对于现有技术普遍采用的贵金属催化剂，本发明使用的碳包覆氮化铜纳米线催化剂成本较低。

技术领域

本发明涉及一种有机化工产品的合成方法，特别涉及一种碳包覆氮化铜纳米线催化剂电催化加氢制取2,5-呋喃二甲醇的方法。

背景技术

2,5-呋喃二甲醇(简称BHMF)是一种高附加值的二醇，在精细化学品合成、新型功能化聚醚、聚氨酯及药物的多杂环化合物的制备研究中都有重要应用。对于糖类(主要是葡萄糖和果糖)制备2,5-呋喃二甲醇的反应，目前还主要停留在多步反应体系研究阶段，因而反应会涉及较多分离和纯化步骤，不仅增加设备投资成本，而且使用的有机溶剂也增加处理难度和污染环境的可能性。另外，传统热催化法存在着贵金属催化剂、转化率低、选择性差等问题。因此，开发一种简单的方法加氢制BHMF将具有非常广阔的研究意义。而目前新型的电催化技术与传统催化技术相比，具有反应条件温和，易调控、清洁和经济等特点，显示出诱人的应用前景，近几年来该领域的研究引起了人们的广泛关注。目前已有对生物质原料的电催化加氢方面的研究(ACS Catal.,2016,6,1840-1847；ChemSusChem,2015,8,1745-1751；ChemSusChem,2013,6,1659-1667)。然而，整体而言，目前报道的5-羟甲基糠醛(HMF)的电催化加氢方面的研究较少。

目前，关于将碳包覆氮化铜用于制备催化剂，并用于生物质类化合物的电催化加氢生成BHMF的应用还未见报道。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是为了克服目前现有的2,5-呋喃二甲醇(BHMF)合成工艺中存在的使用原料及催化剂成本较高、生产工艺复杂等问题，提供一种碳包覆氮化铜纳米线催化剂电催化加氢制取2,5-呋喃二甲醇的方法，其工艺过程绿色环保，生产工艺简单，催化剂成本低，以及反应效率高。

所述的一种碳包覆氮化铜纳米线催化剂电催化加氢制取2,5-呋喃二甲醇的方法，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10-50mL，两个电极室由阳离子交换膜隔开，在阳极室，铂片作为阳极室电极，0.1-2.0mol/L的酸性溶液作为阳极液；在阴极室，将碳包覆氮化铜纳米线催化剂直接作为阴极室电极，以5-羟甲基糠醛为反应底物溶解在0.1-2.0mol/L的酸性溶液中作为阴极液，在恒温水浴中在温度为25-80℃，电流为10-100mA，槽电压为1-10V，进行电催化加氢反应，反应时间1-5h，反应结束后，反应液冷却；阴极室内的反应液使用有机溶剂萃取，得到有机萃取液，取有机层常压精馏得2,5-呋喃二甲醇，其反应方程式如下：

所述的一种碳包覆氮化铜纳米线催化剂电催化加氢制取2,5-呋喃二甲醇的方法，其特征在于阴极室和阳极室容积均为10-50mL，优选阴极室和阳极室容积均为10-20mL。

所述的一种碳包覆氮化铜纳米线催化剂电催化加氢制取2,5-呋喃二甲醇的方法，其特征在于阴极液的体积用量以5-羟甲基糠醛物质的量计为5-50mmol/L，优选为10-30mmol/L；

所述的一种碳包覆氮化铜纳米线催化剂电催化加氢制取2,5-呋喃二甲醇的方法，其特征在于酸性溶液为硫酸溶液，高氯酸溶液，硝酸溶液或盐酸溶液，优选硫酸溶液，其浓度为0.1-1.0mol/L。