一种制备2,5-呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法和应用技术

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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呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化剂制备
，尤其是涉及一种制备2,5
‑
呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，利用木质纤维素生物质水解生成的平台分子合成燃料、燃料添加剂、商业和潜在产品是可再生原料利用的一个有前途的策略。而5
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羟甲基糠醛(HMF)是从木质纤维素生物质中获得的最有价值和用途最广泛的平台化合物之一。由于羟基、甲酰基和呋喃环的高反应活性，HMF可以转化为许多重要的中间体，广泛应用于精细化工、分子识别和聚合物工业。
[0003]2,5呋喃二甲酸(FDCA)作为HMF的重要下游衍生物之一，可替代对苯二甲酸(TPA)生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(PEF)，减少对化石资源的依赖，引起了人们的广泛关注。与石油衍生聚对苯二甲酸乙二酯相比，由FDCA和乙二醇组成的生物基聚合物具有低的氧和二氧化碳渗透率以及优异的耐热性。然而，由于催化剂性能低和对碱性条件的要求，从HMF到FDCA的高选择性生成仍然是一个有吸引力但具有挑战性的问题。目前传统的金属催化体系中很难实现常温、常压下HMF到FDCA的高效催化转化。光催化技术具有绿色、环保等优势，为HMF绿色清洁的高效催化氧化提供了新思路。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种制备2,5
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呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法和应用，所制备的复合光催化剂催化性能优异，催化活性高效。<br/>[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种制备2,5
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呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法和应用，包括以下步骤：
[0006](1)首先将氯金酸和牺牲剂置于去离子水中，待完全溶解加入纳米TiO2颗粒，然后继续搅拌使其充分溶解；将配置好的溶液置于紫光源下照射以进行光还原反应，反应结束后将所得的溶液进行离心、去离子水洗涤，放入真空烘箱中过夜烘干后充分研磨得到固体粉末，即为Au/TiO2；
[0007](2)将一定比例的过渡金属硝酸盐、氢氧化钠、水合肼置于水中充分溶解后再加入上述Au/TiO2中进行还原反应，固液分离后进行洗涤干燥，然后将研磨后的固体粉末进行煅烧，得到二氧化钛复合光催化剂(MO
X
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Au/TiO2)。
[0008]优选的，步骤(1)中，所述牺牲剂为甲醇、乙醇、叔丁醇、异丙醇中的一种，紫外灯的功率为50
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500W，真空烘箱的温度为60
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90℃。
[0009]优选的，步骤(1)中，所述氯金酸质量占TiO2质量的5％～20％。
[0010]优选的，步骤(1)中，所述纳米TiO2的粒径为50～800nm，所述纳米TiO2的晶型为金红石型或锐钛矿型。
[0011]优选的，步骤(2)中，所述过渡金属分别为镍、铁或钴；所述氢氧化钠质量占Au/
TiO2为质量的5％～15％。
[0012]优选的，步骤(2)中，还原反应的温度为60～120℃，保温时间为3～9h。
[0013]优选的，步骤(2)中，所述煅烧的温度为300～550℃，保温时间为4～9h，升温速率为2～10℃/min。
[0014]优选的，步骤(2)中，所述二氧化钛复合光催化剂(MO
X
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Au/TiO2)中过渡金属M质量占TiO2载体质量的2％～30％；Au的质量占TiO2载体质量的1％～10％。
[0015]优选的，一种制备2,5
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呋喃二甲酸的复合光催化剂的应用，包括以下步骤：以5
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羟甲基糠醛为底物，以氙灯或模拟太阳光为光源，并加入适量水和制备所得的MO
X
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Au/TiO2复合光催化剂进行催化氧化反应，在氙灯或太阳光照射下，在不同的反应温度，不同的气氛(空气、N2、O2等)条件下，不同催化剂含量，不同底物浓度反应2
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15h后检测5
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羟甲基糠醛催化氧化反应得到2,5
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呋喃二甲酸的产率。
[0016]因此，本专利技术采用上述一种制备2,5
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呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法和应用，其制备方法首先采用光还原法在二氧化钛(TiO2)上负载金纳米颗粒，制备得到Au/TiO2；然后以Au/TiO2作为载体，通过水合肼还原法将过渡金属负载到Au/TiO2上，引入过渡金属；反应结束后进行干燥煅烧，得到二氧化钛复合光催化剂MO
X
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Au/TiO2。本专利技术鉴于不同金属活性中心的催化氧化特点不同，采用在TiO2中掺入双金属的方法，并调节双金属的掺杂比例，促进了反应物或中间体的活化，进一步提高了FDCA的选择性，在催化氧化5
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羟甲基糠醛制备2,5
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呋喃二甲酸应用中具有高活性和高选择性，5
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羟甲基糠醛的转化率可达100％，2,5
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呋喃二甲酸的选择性可达99.5％，通过利用氙灯或太阳光实现有效氧化5
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羟甲基糠醛，制备得到2,5
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呋喃二甲酸，产率最高可达99.2％。本专利技术避免了高温高氧压的反应环境，在工业化大规模生产中具有良好应用前景，且制备方法简单易行，绿色环保。
[0017]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0018]图1是本专利技术一种制备2,5
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呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法和应用中复合光催化剂选择性氧化5
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羟甲基糠醛制备2,5
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呋喃二甲酸的反应式；
[0019]图2是本专利技术一种制备2,5
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呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法和应用实施例1制备的NiO
X
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Au/TiO2复合光催化剂应用于选择性氧化5
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羟甲基糠醛制备2,5
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呋喃二甲酸的催化性能测试；
[0020]图3是本专利技术一种制备2,5
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呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法和应用对比例1制备的Au/TiO2复合光催化剂应用于选择性氧化5
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羟甲基糠醛制备2,5
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呋喃二甲酸的催化性能测试；
[0021]图4是本专利技术一种制备2,5
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呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法和应用实施例2制备的NiO
X
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Au/TiO2复合光催化剂应用于选择性氧化5
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羟甲基糠醛制备2,5
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呋喃二甲酸的催化性能测试；
[0022]图5是本专利技术一种制备2,5
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呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法和应用实施例3制备的FeO
X
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Au/TiO2复合光催化剂应用于选择性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备2,5
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呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)首先将氯金酸和牺牲剂置于去离子水中，待完全溶解加入纳米TiO2颗粒，然后继续搅拌使其充分溶解；将配置好的溶液置于紫光源下照射以进行光还原反应，反应结束后将所得的溶液进行离心、去离子水洗涤，放入真空烘箱中过夜烘干后充分研磨得到固体粉末，即为Au/TiO2；(2)将一定比例的过渡金属硝酸盐、氢氧化钠、水合肼置于水中充分溶解后再加入上述Au/TiO2中进行还原反应，固液分离后进行洗涤干燥，然后将研磨后的固体粉末进行煅烧，得到二氧化钛复合光催化剂(MO
X
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Au/TiO2)。2.根据权利要求1所述的一种制备2,5
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呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述牺牲剂为甲醇、乙醇、叔丁醇、异丙醇中的一种，紫外灯的功率为50
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500W，真空烘箱的温度为60
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90℃。3.根据权利要求1所述的一种制备2,5
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呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述氯金酸质量占TiO2质量的5％～20％。4.根据权利要求1所述的一种制备2,5
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呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述纳米TiO2的粒径为50～800nm，所述纳米TiO2的晶型为金红石型或锐钛矿型。5.根据权利要求1所述的一种制备2,5
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呋喃二甲酸的复合光催化剂的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐铁凤，阮郁，吕汪洋，
申请(专利权)人：现代纺织技术创新中心鉴湖实验室，
类型：发明
国别省市：