电催化生物质单糖制备羟基丙酮的方法技术

本发明专利技术提供一种电催化生物质单糖制备羟基丙酮的方法，属于电催化有机合成技术领域，包括：在电解池中加入阴、阳极催化剂与溶解生物质单糖分子的电解液和利用可再生电力驱动生物质单糖分子催化加氢生成羟基丙酮。本发明专利技术中的电催化反应可通过调节外加电压、电解液组分等条件调控催化剂的活性和选择性，具有操作简单、条件温和、催化剂可重复使用的优势，为绿色制备羟基丙酮提供了一种新的思路和方法。色制备羟基丙酮提供了一种新的思路和方法。色制备羟基丙酮提供了一种新的思路和方法。

【技术实现步骤摘要】
电催化生物质单糖制备羟基丙酮的方法


[0001]本专利技术涉及电催化有机合成
，具体涉及一种电催化生物质单糖制备羟基丙酮的方法。

技术介绍

[0002]生物质是继煤炭、石油和天然气之后的世界第四大能源，提供了约14％的世界一次能源消费，因此将生物质废料转变成高附加值化学品是一种有吸引力的方法，有望于取代利用化石资源生产燃料和化学品。很大比重的纤维素分解成糠醇、甘油、木糖醇等平台化学物，生物质单糖分子可作为再生的构筑块，用于生产需要的化学品和燃料。其中，羟基丙酮是一种重要的化工原料，广泛用于药物、香料、染料、有机合成中间体等领域。
[0003]目前，羟基丙酮主要通过1,2
‑
丙二醇氧化法、一溴丙酮/一氯丙酮酯化醇解法、甘油热解脱水法制备。其中氧化法和热解法反应条件苛刻、设备要求高；醇解法所使用的原材料具有毒性且价格高昂。此外，氧化法和醇解法都需要以石油基产品作为原材料，随着化石资源短缺及能源危机的加剧，开发非石油路线制备羟基丙酮的工艺受到人们广泛关注。
[0004]为减轻对化石资源的依赖，同时降低对环境的影响，开发非石油路线制备燃料与化学品的生产工艺，基于太阳能、风能、潮汐能、地热能产生的可再生电力的电催化反应是一种非常有前景的方法。电催化反应可通过调节外加电压、电解液组分等条件调控催化剂的活性和选择性，具有操作简单、条件温和、催化剂可重复使用的优势。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种电催化生物质单糖制备羟基丙酮的方法，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种电催化生物质单糖制备羟基丙酮的方法，包括：
[0008]步骤I，在电解池中加入阴极催化剂、阳极催化剂与溶解生物质单糖分子的电解液，并利用隔膜将阴、阳极分隔开来，组装成电解池；
[0009]步骤II，利用可再生电力，在反应温度和电压条件下进行催化反应，生物质单糖在阴极被还原为羟基丙酮，水在阳极氧化成氧气；
[0010]其中，所述的阴极催化剂为：铜的化合物或铜与其他过渡金属的化合物。
[0011]可选的，所述生物质单糖为二羟基丙酮、甘油醛、赤藓糖、苏力糖、阿拉伯糖、核糖、木糖、来苏糖、葡萄糖、甘露糖、果糖、半乳糖中的一种或多种的混合物。
[0012]可选的，所述阳极催化剂为铂、碳、金、银中的一种或多种混合物。
[0013]可选的，所述其他过渡金属为钯、铁、钴、镍、锆、锌、铑中的一种或多种混合物。
[0014]可选的，所述铜的化合物或铜与其他过渡金属的化合物为氧化物、氮化物、硼化物、硫化物、氢氧化物中的一种或多种的混合物。
[0015]可选的，所述电解液为硫酸、盐酸、高氯酸、硝酸、甲酸、柠檬酸、碳酸、硫酸钠、硫酸
钾、硫酸锂、硫酸锌、硫酸镁、氯化钠、氯化钾、氯化镁、高氯酸钾、高氯酸钠、高氯酸铯、高氯酸锂、硝酸钾、硝酸钠、硝酸铯、硝酸锂、甲酸钠、柠檬酸钠、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铯、碳酸锂、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、硼酸、硼酸钠中的一种或多种水溶液。
[0016]可选的，所述隔膜为Selemion AMV、AMI7001、Nafion 117、CMI7000中的任意一种。
[0017]可选的，所述可再生电力包括太阳能、风能、潮汐能、地热能产生的电力。
[0018]可选的，所述反应温度为0～70℃，反应电压为
‑
0.3～
‑
30V vs.RHE。
[0019]本专利技术有益效果：基于可再生电力，采用电催化的方法，以自然界中储量丰富的生物质单糖分子作为原料，合成羟基丙酮，避免使用昂贵且有毒性的化石资源作为反应原料，大幅降低了生产成本，实现了绿色生产化学品。与传统生产羟基丙酮的方法相比，可通过调节电压、电解液组分等调控催化剂的活性和选择性，具有操作简单、条件温和、催化剂可重复使用的优势，为制备羟基丙酮提供了一种新的思路和方法。
[0020]本专利技术附加方面的优点，将在下述的描述部分中更加明显的给出，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术实施例所述的电催化生物质单糖分子制备羟基丙酮的装置的原理结构示意图。
[0023]图2为本专利技术实施例1所述的生成羟基丙酮的液相色谱图.
[0024]图3为本专利技术实施例1所述的生成羟基丙酮的法拉第效率。
[0025]图4为本专利技术实施例2所述的生成羟基丙酮的液相色谱图。
[0026]图5为本专利技术实施例2所述的生成羟基丙酮的法拉第效率。
[0027]图6为本专利技术实施例3所述的生成羟基丙酮的液相色谱图。
[0028]图7为本专利技术实施例3所述的生成羟基丙酮的法拉第效率。
具体实施方式
[0029]下面详细叙述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0030]本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
[0031]还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0032]本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措
辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
[0033]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0034]为便于理解本专利技术，下面结合附图以具体实施例对本专利技术作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。
[0035]本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电催化生物质单糖制备羟基丙酮的方法，其特征在于，包括：步骤I，在电解池中加入阴极催化剂、阳极催化剂与溶解生物质单糖分子的电解液，并利用隔膜将阴、阳极分隔开来，组装成电解池；步骤II，利用可再生电力，在反应温度和电压条件下进行催化反应，生物质单糖在阴极被还原为羟基丙酮，水在阳极氧化成氧气，其中，所述的阴极催化剂包括：铜的化合物或铜与其他过渡金属的化合物。2.根据权利要求1所述的电催化生物质单糖制备羟基丙酮的方法，其特征在于：所述生物质单糖为二羟基丙酮、甘油醛、赤藓糖、苏力糖、阿拉伯糖、核糖、木糖、来苏糖、葡萄糖、甘露糖、果糖、半乳糖中的一种或多种的混合物。3.根据权利要求1所述的电催化生物质单糖制备羟基丙酮的方法，其特征在于：所述阳极催化剂为铂、碳、金、银中的一种或多种混合物。4.根据权利要求1所述的电催化生物质单糖制备羟基丙酮的方法，其特征在于：所述其他过渡金属包括钯、铁、钴、镍、锆、锌、铑中的一种或多种混合物。5.根据权利要求1所述的电催化生物质单糖制备羟基丙酮的方法，其特征在于：所述铜的化合物或铜与其他过渡金属的化合物为氧化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵谡玲，马国权，梁志琴，姜娜，宋丹丹，乔泊，徐征，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：