一种制备2,5-呋喃二甲酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备2,5

【技术实现步骤摘要】
一种制备2,5
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呋喃二甲酸的方法


[0001]本专利技术涉及含氧有机物制备，具体涉及一种制备2,5
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呋喃二甲酸的方法。

技术介绍

[0002]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，可以通过多种化学催化过程生产液体燃料和有机化学品。5
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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HMF催化氧化得到的2,5
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呋喃二甲酸(FDCA)。FDCA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，可以广泛应用于聚酯、聚酰胺、环氧树脂等生物基聚合物的合成。因此，开发2,5
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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。
[0003]在HMF选择氧化制备FDCA的过程中，由于FDCA在水中的溶解度较低(<1g/100mL水，100℃)，因此研究者常常通过在反应过程中加入碱性化合物与产物FDCA生成FDCA的可溶性盐类化合物的方法，来提高工艺方法的单程处理量。但是，这些方法得到的FDCA的盐类化合物并不能直接用于生产聚合物等过程，而必须经过酸化(pH≈1)处理，使其重新转化为FDCA产品，这无疑增加了FDCA整体生产工艺方法的复杂性，并降低了其环保性。CN108779088A公开了一种在无需引入碱性化合物的条件下，由HMF一步或两步氧化制备FDCA的方法。该方法通过使用水和有机溶剂的混合溶剂，有效地提高了FDCA的溶解度。该方法使用的催化剂为负载型金属催化剂，其中金属组分为Pt、Au，载体的比表面积限定在20m2/g至500m2/g的范围内。由于Pt和Au的价格较为昂贵(约300～400元/克)，所以相应的造成整体工艺方法的成本较高，难以实际应用。CN111039906A通过在碳基载体表面掺入N元素的方法，同样在水与有机溶剂的混合溶剂中实现了氧化HMF制备FDCA的方法，但该方法载体掺氮过程较为复杂，使得催化剂的制备成本相应提高，同样难以实际应用。
[0004]故，亟需提供一种过程简单、廉价且绿色的合成2,5
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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
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本专利技术的背景理解，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。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种2,5
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呋喃二甲酸的制备方法，该方法使用水与有机溶剂组成的混合溶剂，避免了传统方法中碱性化合物的引入，及其所带来的酸化处理等复杂过程；同时，本专利技术使用高比表面积含碳载体负载的Ru基催化剂作为氧化催化剂，催化剂制备方法简单、廉价，反应过程绿色、简洁，FDCA收率高。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种制备2,5
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呋喃二甲酸的方法，包括：
[0008]在有机溶剂与水组成的混合溶剂中，在氧化催化剂存在的条件下，使5
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羟甲基糠醛与氧气进行反应，得到所述2,5
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呋喃二甲酸；
[0009]其中，所述氧化催化剂为负载型金属催化剂，所述负载型金属催化剂包括载体和负载于所述载体上的金属，所述金属为Ru，或Ru与Pt、Pd或Au中的一种或多种组成的组合。
[0010]其中，所述Ru与Pt、Pd或Au中的一种或多种组成的组合中，Ru的质量含量为5％～95％，优选20％～90％，更优选40％～80％。
[0011]所述负载型金属催化剂中，以载体总质量为基准，所述金属的负载量为0.25％～30％，优选1～20％，更优选5％～15％。
[0012]所述载体选自含碳材料，包括活性炭、碳纳米管、石墨烯或氧化石墨烯的一种或多种，优选活性炭。
[0013]所述载体为活性炭时，所述活性炭的比表面积为1000m2/g～1500m2/g。活性炭孔径约1～5nm。
[0014]所述有机溶剂选自四氢呋喃、1,4
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二氧六环或二甲基亚砜，优选1,4
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二氧六环。
[0015]所述有机溶剂与水组成的混合溶剂中，有机溶剂与水的质量比为5:1～0.5:1，优选3:1～1:1。
[0016]所述5
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羟甲基糠醛与所述有机溶剂与水组成的混合溶剂所形成的溶液中，所述5
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羟甲基糠醛的质量百分含量为0.1％～30％，优选0.5～20％，更优选1～10％。
[0017]根据本专利技术的一种实施方式，工艺条件如下：
[0018]所述负载型金属催化剂中的金属与所述5
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羟甲基糠醛的摩尔比为1：1～1000，优选1:5～500，更优选1:5～250。
[0019]所述氧气可以来源于纯氧、空气或氧气与氮气组成的混合气体，所述氧气的分压为0.2MPa～4MPa，优选1～3MPa。
[0020]所述氧化反应的反应温度为50℃～170℃，优选为90℃～150℃。
[0021]所述负载型金属催化剂，可根据现有的方法进行制备，如采用等容浸渍法、初湿浸渍法、离子交换法、沉积
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沉淀法或真空浸溃法等。具体制备时，在金属沉积之后将固体粉末置于100～140℃烘箱中干燥6～24小时左右，得到的负载型催化剂前驱体先在氮气中在300～800℃温度下煅烧一段时间，再在还原气氛(如H2或H2与N2的混合气氛)中在200～500℃温度下还原6～24小时左右，得到负载型金属催化剂。
[0022]本申请专利技术人意外的发现，使用具有高比表面积(1000m2/g～1500m2/g)的含碳材料(如活性炭等)所负载的Ru基催化剂，可以在无碱条件下，在水与有机溶剂组成的混合溶剂中实现HMF氧化制备FDCA的反应过程。本方法使用的金属Ru的价格显著低于Pt或Au等金属，同时，催化剂可由商业购买的活性炭和金属前驱体通过简单的方法制备得到，并且FDCA收率高(＞90％)。本方法相比已公开的方法，极大的简化了工艺流程，并降低了成本，是一种非常具有工业化潜力的制备FDCA的方法。
[0023]本专利技术通过将适宜比例的水与有机溶剂的混合溶液作为溶剂，增加产物2,5
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呋喃二甲酸的溶解度，其中所述反应混合物基本上不含添加的碱，避免了引入碱性化合物，同时简化了产物的后处理步骤，避免后续酸化过程产生大量废酸、废水的情况；同时，本专利技术使用的高比表面积含碳材料负载的Ru基催化剂，制备方法简单，且更为廉价，便于放大生产，有很好的工业应用前景。
具体实施方式
[0024]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0025本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备2,5
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呋喃二甲酸的方法，包括：在有机溶剂与水组成的混合溶剂中，在氧化催化剂存在的条件下，使5
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羟甲基糠醛与氧气进行反应，得到所述2,5
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呋喃二甲酸；其中，所述氧化催化剂为负载型金属催化剂，所述负载型金属催化剂包括载体和负载于所述载体上的金属，所述金属为Ru或Ru与Pt、Pd或Au中的一种或多种组成的组合。2.按照权利要求1所述的方法，其中，所述Ru与Pt、Pd或Au中的一种或多种组成的组合中，Ru的质量含量为5％～95％，优选20％～90％，更优选40％～80％。3.按照权利要求1所述的方法，其中，所述负载型金属催化剂中，以载体总质量为基准，所述金属的负载量为0.25％～30％，优选1～20％，更优选5％～15％。4.按照权利要求1所述的方法，其中，所述载体选自含碳材料，包括活性炭、碳纳米管、石墨烯或氧化石墨烯的一种或多种，优选活性炭。5.按照权利要求1、4所述的方法，其中，所述载体为活性炭时，所述活性炭的比表面积为1000m2/g～1500m2/g。6.按照权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙乾辉，郑路凡，陈公哲，杜泽学，宗保宁，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：