本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，具體是一種5-羥甲基糠醛光催化制備2,5-呋喃二甲酸的方法。

背景技術(shù)：

目前，隨著化石燃料的消耗，尋找可再生和具有可持續(xù)發(fā)展的燃料和化學(xué)品的替代品已經(jīng)成為研究重點(diǎn)。化學(xué)工業(yè)已經(jīng)將他們的關(guān)注焦點(diǎn)集中在生產(chǎn)工藝之中，采用具有環(huán)境友好型的生物質(zhì)資源。生物質(zhì)資源具有價(jià)格低廉，儲(chǔ)量豐富，可再生等優(yōu)點(diǎn)。木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等可再生物質(zhì)，資源豐富。利用它們可以轉(zhuǎn)化制備平臺(tái)化合物5-羥甲基糠醛。5-羥甲基糠醛是重要的精細(xì)化工原料，可以通過(guò)氧化、氫化和縮合等反應(yīng)制備多種衍生物。

2,5-呋喃二甲酸是國(guó)際上公認(rèn)的12大具有潛在價(jià)值的基礎(chǔ)化合物之一，是5-羥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種精細(xì)化學(xué)品和呋喃基聚合物，在合成纖維和聚酯中具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。

傳統(tǒng)5-羥甲基糠醛氧化，采用具有強(qiáng)氧化性的試劑，如鉻酸鹽、重鉻酸鹽、高錳酸鹽等，采用計(jì)量氧化法，這些氧化試劑具有環(huán)境污染、存在毒性的缺點(diǎn)。目前，5-羥甲基糠醛氧化制備2,5-呋喃二甲酸的研究主要集中于貴金屬氧化，如金、鈀、鉑等貴金屬?gòu)?fù)合材料作催化劑，以分子氧或過(guò)氧化氫為氧化劑，存在催化劑價(jià)格昂貴、成本高的問(wèn)題。近些年來(lái)有報(bào)道采用銅作為催化劑，以分子氧或過(guò)氧化氫為氧化劑，盡管解決了成本問(wèn)題，但是產(chǎn)物選擇性相對(duì)較低。申請(qǐng)?zhí)?01510395096.0公開(kāi)了以鉬酸季銨鹽和鎢酸季銨鹽為催化劑，氧氣、雙氧水或者空氣為氧化劑，在堿性環(huán)境下加熱到80-120℃，對(duì)5-羥甲基糠醛進(jìn)行選擇性氧化。該制備方法環(huán)境友好、選擇性和收率高、成本降低，但氧化劑成本較高，主要為氧氣瓶灌裝氧氣或雙氧水。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種5-羥甲基糠醛光催化制備2,5-呋喃二甲酸的方法。以5-羥甲基糠醛為原料，利用光觸媒催化劑，以水為溶劑，在光照下，以光催化分解水產(chǎn)生的氧氣或過(guò)氧化氫為氧化劑，對(duì)5-羥甲基糠醛進(jìn)行選擇性氧化制備2,5-呋喃二甲酸。反應(yīng)體系環(huán)境友好，綠色無(wú)污染；在低溫下就能實(shí)現(xiàn)2,5-呋喃二甲酸的高效、選擇性合成，5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90％以上。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是，提供一種5-羥甲基糠醛光催化制備2,5-呋喃二甲酸的方法，其特征在于該方法以5-羥甲基糠醛為原料，以水為溶劑，利用光觸媒催化劑，在光照條件下，反應(yīng)時(shí)間為1-12h，反應(yīng)溫度為25-120℃，以光催化分解水產(chǎn)生的氧氣或過(guò)氧化氫為氧化劑，對(duì)5-羥甲基糠醛進(jìn)行選擇性氧化制備2,5-呋喃二甲酸；

5-羥甲基糠醛：光觸媒催化劑：溶劑的質(zhì)量比＝100:1-50:500-5000；

所述光觸媒催化劑為T(mén)iO₂、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種。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果在于：

(1)采用可見(jiàn)光、紫外光或者紅外光進(jìn)行光催化氧化反應(yīng)，取代了傳統(tǒng)的熱催化反應(yīng)，節(jié)約了能源。

(2)采用廉價(jià)且資源豐富的光觸媒催化劑代替了傳統(tǒng)的貴金屬催化劑，大大降低了成本。光觸媒催化劑可以多次重復(fù)使用。重復(fù)使用20次以后，催化性能基本不變。

(3)在光觸媒催化劑的催化下，可見(jiàn)、紫外、紅外光可以催化水產(chǎn)生氧氣或過(guò)氧化氫，進(jìn)而進(jìn)行選擇性氧化5-羥甲基糠醛制備2,5-呋喃二甲酸，節(jié)約能源，環(huán)境友好，綠色無(wú)污染。

(4)在光照下就能獲得2,5-呋喃二甲酸的高收率和高選擇性。5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90％以上，甚至完全轉(zhuǎn)化，選擇性接近100％。尤其是WO₃/石墨烯、PbS/石墨烯、TiO₂/石墨烯、C₃N₄/石墨烯催化劑光催化選擇性氧化效果更為明顯，經(jīng)檢測(cè)，5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到98％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在95％。

具體實(shí)施方式

下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施例。具體實(shí)施例僅用于進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，不限制本申請(qǐng)權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

本發(fā)明提供了一種5-羥甲基糠醛光催化制備2,5-呋喃二甲酸的方法，其特征在于以5-羥甲基糠醛為原料，以水為溶劑，利用光觸媒催化劑，在光照條件下，反應(yīng)時(shí)間為1-12h，優(yōu)選反應(yīng)時(shí)間為3-6h，反應(yīng)溫度為25-120℃，優(yōu)選反應(yīng)溫度60-90℃，以光催化分解水產(chǎn)生的氧氣或過(guò)氧化氫為氧化劑，對(duì)5-羥甲基糠醛進(jìn)行選擇性氧化制備2,5-呋喃二甲酸；

所述5-羥甲基糠醛：光觸媒催化劑：溶劑的質(zhì)量比＝100:1-50:500-5000；

所述光觸媒催化劑為T(mén)iO₂、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種；

所述光照條件采用可見(jiàn)光、紫外光或紅外光照射。

實(shí)施例1

將1.134g 5-羥甲基糠醛、0.113g TiO₂催化劑和20ml水在磁力攪拌下加熱到88℃，紫外光照射5h反應(yīng)完畢。經(jīng)檢測(cè)，5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性達(dá)到96％。

實(shí)施例2

將1.134g 5-羥甲基糠醛、0.113g CdS催化劑和20ml水在磁力攪拌下加熱98℃，可見(jiàn)光照射3h反應(yīng)完畢。經(jīng)檢測(cè)，5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到89％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在96％。

實(shí)施例3

將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113g C₃N₄催化劑在磁力攪拌下加熱到65℃，紫外光照射1h反應(yīng)完畢。經(jīng)檢測(cè)，5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到97％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在99％。

實(shí)施例4

將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113g Fe₂O₃催化劑在磁力攪拌下加熱到85℃，紫外光照射2h反應(yīng)完畢。經(jīng)檢測(cè)，5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到96％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在98％。

實(shí)施例5

將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113g SrTiO₃催化劑在磁力攪拌下加熱到72℃，紫外光照射2h候后反應(yīng)完畢。經(jīng)檢測(cè)，5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在98％。

實(shí)施例6

將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113g負(fù)載TiO₂的石墨烯(TiO₂/石墨烯)催化劑在磁力攪拌下加熱到65℃，紫外光照射2h候后反應(yīng)完畢。經(jīng)檢測(cè)，5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到93％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在95％。

實(shí)施例7

將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113gSiO₂/石墨烯催化劑在磁力攪拌下加熱到98℃，紅外光照射5h候后反應(yīng)完畢。經(jīng)檢測(cè)，5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到88％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在85％。

實(shí)施例8

將1.134g 5-羥甲基糠醛、30ml水和0.120g石墨烯催化劑在磁力攪拌下加熱到98℃，紫外光照射4h候后反應(yīng)完畢。經(jīng)檢測(cè)，5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到83％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在93％。

實(shí)施例9

將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113g WO₃/石墨烯催化劑在磁力攪拌下加熱到90℃，紫外光照射2h候后反應(yīng)完畢。經(jīng)檢測(cè)，5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到98％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在95％。

實(shí)施例10

將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113gPbS/石墨烯催化劑，在磁力攪拌下加熱到90℃，紫外光照射1h候后反應(yīng)完畢。經(jīng)檢測(cè)，5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到98％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在95％。

實(shí)施例11

將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113g C₃N₄/石墨烯催化劑在磁力攪拌下加熱到90℃，紫外光照射2h候后反應(yīng)完畢。經(jīng)檢測(cè)，5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到98％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在95％。

實(shí)施例12

將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113g TiO₂/石墨烯催化劑在磁力攪拌下加熱到90℃，紫外光照射2h候后反應(yīng)完畢。經(jīng)檢測(cè)，5-羥甲基糠醛的轉(zhuǎn)化率達(dá)到98％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在95％。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。