泡沫金属的改性方法和制备2,5-呋喃二甲酸的方法技术

本发明专利技术提供了一种泡沫金属的改性方法，包括以下步骤：A)将泡沫金属浸于酸溶液中；B)将步骤A)得到的泡沫金属进行清洗、干燥，得到改性泡沫金属；所述干燥的温度为10～200℃。本申请还提供了一种制备2,5

【技术实现步骤摘要】
泡沫金属的改性方法和制备2,5
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呋喃二甲酸的方法


[0001]本专利技术涉及电催化氧化制备2,5
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呋喃二甲酸的方法，尤其涉及一种泡沫金属的改性方法和制备2,5
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呋喃二甲酸的方法。

技术介绍

[0002]化石能源的持续使用导致能源和环境危机不断加剧，因此亟需发展一种可持续的清洁能源储存和转换技术。在各种清洁能源和可再生能源中，生物质能源由于储量丰富、可大规模应用、可持续性等特征，近年来受到人们的广泛关注。其中，5
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羟甲基糠醛作为一种重要的生物质平台化合物，可以催化转化成一系列高附加值的化学品，用作重要的化工原料、医药中间体和农药等。在其氧化产物中，2,5
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呋喃二甲酸作为美国能源部2004年发布的12种代表性生物基平台分子之一，被认为是石油衍生品对苯二甲酸的重要单体替代物，在聚合物的工业生产中具有广泛的应用前景。
[0003]传统的热催化方法制备2,5
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呋喃二甲酸需要在高温、高氧压环境下进行，需要贵金属基催化剂，能耗较高且具有诸多限制。而近年来备受关注的电催化氧化法，可以在常温常压下借助非贵金属基催化剂高选择性、高产率的生产2,5
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呋喃二甲酸，是一种绿色、高效的方法。研究报道，在碱性溶液中，过渡金属基催化剂(N
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NiMoO4、CuCo2O4、Fe3O4/Pt/rGO、MoO2‑
FeP、NiFe
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LDH等)对5
‑/>羟甲基糠醛电催化氧化反应具有高活性，能够以接近理论值的效率转化为2,5
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呋喃二甲酸。然而这些催化剂普遍存在制备难度大且过程复杂的问题。
[0004]泡沫金属由于具有三维立体结构、价格低廉等特点，通常被用作电催化氧化5
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羟甲基糠醛催化剂的载体，以获得高的电化学活性面积，而泡沫金属本身对于5
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羟甲基糠醛催化活性较差。也有少量工作通过水热、煅烧、硫化、磷化等进行泡沫金属直接改性，但这些方法制备流程复杂、需额外添加昂贵药剂、需高端设备支持、耗时较长且催化性能提升率并不显著，不利于进行大规模实际应用推广。
[0005]因此，如何建立一种简单、高效且经济的方法，制备高电催化氧化活性泡沫金属电极对5
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羟甲基糠醛进行高值转化，并进一步降低成本，已成为目前该领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题在于提供一种泡沫金属的改性方法，本申请改性后的泡沫金属具有较高的催化活性且稳定性好。
[0007]有鉴于此，本申请提供了一种泡沫金属的改性方法，包括以下步骤：
[0008]A)将泡沫金属浸于酸溶液中；
[0009]B)将步骤A)得到的泡沫金属进行清洗、干燥，得到改性泡沫金属；所述干燥的温度为10℃～200℃。
[0010]优选的，所述酸溶液选自硫酸水溶液、盐酸水溶液、硝酸水溶液或磷酸水溶液，所述酸溶液的浓度为0.1～6mol/L。
[0011]优选的，所述泡沫金属选自泡沫镍、泡沫铜、泡沫钴、泡沫铁、泡沫铁镍、泡沫钼镍
和泡沫铜镍中的一种或多种。
[0012]优选的，所述浸入酸溶液的时间为10min～24h。
[0013]优选的，所述干燥的方式为空气干燥、烘箱干燥或真空干燥。
[0014]优选的，所述干燥的温度为50～100℃。
[0015]优选的，所述干燥的时间为3～100h。
[0016]本申请还提供了一种制备2,5
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呋喃二甲酸的方法，包括以下步骤：
[0017]以改性泡沫金属作为工作电极，在电解质溶液中加入5
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羟甲基糠醛，通过恒电位电解法进行电解，得到2,5
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呋喃二甲酸；所述改性泡沫金属为上述方案所述的改性方法所制备的改性泡沫金属。
[0018]优选的，所述电解质溶液为0.1～1mol/L的碱液。
[0019]优选的，所述电解的电压为0.45～0.75V。
[0020]本申请提供了一种泡沫金属的改性方法，其首先将泡沫金属浸于酸溶液中，再将得到的泡沫金属进行清洗、干燥，得到了改性泡沫金属；在上述过程中，首先将泡沫金属在酸溶液中进行刻蚀处理，以增加泡沫金属的表面粗糙度，在泡沫金属表面形成更多的催化活性位点，继而进行的干燥使泡沫金属表面发生氧化，原位生长相应的金属氧化物、金属氢氧化物或金属羟基氧化物等活性物种，由此提高了泡沫金属的比表面积和电化学活性面积，并且由于泡沫金属上原位生长的表面活性物质，与基底之间紧密连接而具有良好的导电性和稳定性，即使在长时间的运行中仍能保持优异的稳定性。
[0021]此外，本申请提供的制备方法简单、制备条件温和、对设备要求低、原料来源广泛且价格低廉，适合于大规模生产和商业化应用。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1和对比例1制备的改性泡沫镍电极和空白泡沫镍电极的扫描电子显微镜图片；
[0023]图2为本专利技术实施例1制备的改性泡沫镍电极的高分辨透射电子显微镜照片；
[0024]图3为本专利技术实施例1和对比例1制备的改性泡沫镍电极和空白泡沫镍电极在0.02V处电流密度差随扫速的变化情况；
[0025]图4为本专利技术实施例1和对比例1制备的改性泡沫镍电极和空白泡沫镍电极在含10mmol/L 5
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羟甲基糠醛的1mol/L氢氧化钾溶液中的线性扫描伏安曲线；
[0026]图5为本专利技术实施例1和对比例1制备的改性泡沫镍电极和空白泡沫镍电极的5
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羟甲基糠醛转化率、2,5
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呋喃二甲酸产率和法拉第效率的对比；
[0027]图6为本专利技术实施例1制备的改性泡沫镍电极循环25次中5
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羟甲基糠醛转化率、2,5
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呋喃二甲酸产率及法拉第效率与循环次数间的对应关系；
[0028]图7为本专利技术实施例2和对比例2制备的改性泡沫铜电极和空白泡沫铜电极的扫描电子显微镜图片；
[0029]图8为本专利技术实施例2和对比例2制备的改性泡沫铜电极和空白泡沫铜电极的5
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羟甲基糠醛转化率、2,5
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呋喃二甲酸产率和法拉第效率的对比；
[0030]图9为本专利技术实施例3和对比例3制备的改性泡沫镍钼电极和空白泡沫镍钼电极的扫描电子显微镜图片；
[0031]图10为本专利技术实施例3和对比例3制备的改性泡沫镍钼电极和空白泡沫镍钼电极的5
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羟甲基糠醛转化率、2,5
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呋喃二甲酸产率和法拉第效率的对比；
[0032]图11为本专利技术实施例4制备的改性泡沫铜的X射线衍射图谱。
具体实施方式
[0033]为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泡沫金属的改性方法，包括以下步骤：A)将泡沫金属浸于酸溶液中；B)将步骤A)得到的泡沫金属进行清洗、干燥，得到改性泡沫金属；所述干燥的温度为10℃～200℃。2.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述酸溶液选自硫酸水溶液、盐酸水溶液、硝酸水溶液或磷酸水溶液，所述酸溶液的浓度为0.1～6mol/L。3.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述泡沫金属选自泡沫镍、泡沫铜、泡沫钴、泡沫铁、泡沫铁镍、泡沫钼镍和泡沫铜镍中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述浸入酸溶液的时间为10min～24h。5.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述干燥的方式为空气干燥、烘箱干燥或真空干燥。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞汉青，张欣玉，陈洁洁，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：