【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物质光催化氧化领域，具体涉及一种负载在c3n5上的铜单原子催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、纤维素作为自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，有价格便宜、易于获得等优点。通过简单催化反应(ind. eng. chem. res. 2018, 57, 3545−3553; renew. sust.energ. rev. 2021, 137, 50-56)，可以获得最重要的生物质基平台化合物5-羟甲基糠醛和糠醛。5-羟甲基糠醛或糠醛经氧化、加氢脱氧、水解等转化可合成一系列高附加值的精细化学品。其中，马来酸酐作为世界上交易量第三大的酸酐原料，仅次于邻苯二甲酸酐和乙酸酐。马来酸酐被广泛地用作化工原材料及化工产品添加剂，如制造不饱和聚酯树脂和醇酸树脂等；在塑料工业中用作增塑剂，造纸工业中用于纸张处理剂，另外，马来酸酐还可以在医药工业中用于制造长效磺胺药。油脂工业中用作脂肪、油的防腐剂；有机工业中用于制造富马酸及四氢呋喃等。
2、工业合成马来酸酐方法主要有苯氧化法、丁烯氧化法、丁烷氧化法等，目前生产上多数采用苯氧化法和正丁烷氧化法(clean technol. envir. 2019, 21, 1073-1090)，以正丁烷为原料经正丁烷流化床溶剂吸收工艺得到顺酐的方法由于成本较低，正在逐步取代苯氧化法。但该反应过程仍需要400℃以上的高温以及大量邻苯二甲酸二正丁酯作为吸收溶剂，对环境存在污染。
3、研究者开发了多种以生物质平台化合物糠醛或5-羟甲基糠醛为原料制备马来酸酐的反应过程。2012年m
4、进而有学者开发了条件更温和的光催化反应氧化生物质制得马来酸酐，如使用两步光催化反应，该反应过程先将糠醛转化为5-羟基呋喃-2(5h)-酮，再经过氧化过程得到了马来酸酐(angew. chem. int. ed. 2022, 61, e202112618)，该催化过程较复杂，且均相体系不利于催化剂的回收。kailasam等人使用介孔氮化碳作为催化剂，以糠醛为原料，在100 mw/cm2的模拟太阳灯光照射下，使用氧气吹扫，30 h后糠醛的转化率达到了95%，但选择性仅为42%，其中副产物5-羟基呋喃-2(5h)-酮的含量为33%(catal. sci. technol.2022, 12, 144)。如何降低光催化反应中副产物5-羟基呋喃-2(5 h)-酮的含量，进一步提高产率，同时简化催化剂制备方法、缩短反应时间成为了进一步研究的方向。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种负载在c3n5上的铜单原子催化剂及其制备方法和用其光催化氧化5-羟甲基糠醛和糠醛制得马来酸酐的方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、本专利技术提供一种负载在c3n5上的铜单原子催化剂，铜以单原子形态负载在c3n5上。
4、本专利技术还提供所述的负载在c3n5上的铜单原子催化剂的制备方法，包括如下步骤：
5、步骤一、将3-氨基-1,2,4-三唑与cucl2·2h2o按一定比例进行混合，进行球磨处理，得物料i；
6、步骤二、将步骤一所得物料i于高温下煅烧，煅烧结束后自然降温，即得负载在c3n5上的铜单原子催化剂cu@c3n5。
7、进一步地，步骤一所述3-氨基-1,2,4-三唑与cucl2·2h2o的质量比为40~60:0.8~1.2；所述球磨处理具体为：使用不锈钢球磨罐球磨，转速250 r/min，正转25 min，停5 min，反转25 min，循环两次。
8、进一步地，步骤二所述煅烧具体为：煅烧过程用氮气作为保护气，升温速率5 ℃/min ，升至500 ℃后，恒温煅烧180 min，之后自然降温。
9、本专利技术还提供一种用所述的负载在c3n5上的铜单原子催化剂光催化氧化5-羟甲基糠醛的方法，将5-羟甲基糠醛、权利要求1所述催化剂、溶剂加入到反应容器中，于一定压力、气体氛围、可见光照射下搅拌反应一定时间，反应结束后进行后处理。
10、进一步地，加上述入的5-羟甲基糠醛、权利要求1所述催化剂、溶剂的质量比为4~6∶0.8~1.2∶80~120；
11、进一步地，所述一定压力、气体氛围、可见光照射下搅拌反应一定时间具体为：于0.1 mpa压力、氧气氛围、413 nm可见光照射下搅拌反应12 h；所述有机溶剂为乙腈。
12、本专利技术还提供一种用所述的负载在c3n5上的铜单原子催化剂光催化氧化糠醛的方法，将糠醛、权利要求1所述催化剂、溶剂加入到反应容器中，于一定压力、气体氛围、可见光照射下搅拌反应一定时间，反应结束后进行后处理。
13、进一步地，上述加入的糠醛、权利要求1所述催化剂、溶剂的质量比为4~6∶0.8~1.2∶80~120。
14、进一步地，所述一定压力、气体氛围、可见光照射下搅拌反应一定时间具体为：0.1mpa压力、氧气氛围、413 nm可见光照射下搅拌反应12 h；所述有机溶剂为乙腈。
15、本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：
16、第一：本专利技术采用负载在c3n5上的铜单原子催化剂，利用c3n5自身的光催化活性和cu对c3n5能带间隙的改变，提高了该催化剂的催化活性；
17、第二：本专利技术制得的cu单原子催化剂中金属含量低、原料廉价、制备过程简单，具有良好的稳定性和可回收性，其中的cu以单原子的形式分布在c3n5载体材料上，cu原子含量仅1.8 wt.%，但具有优良的催化性能；
18、第三：本专利技术采用温和反应体系：将催化剂与底物、溶剂混合，可见光下即可发生反应。可以将5-羟甲基糠醛和糠醛的转化率提高到100%，其中目标产物马来酸酐的产本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.负载在C3N5上的铜单原子催化剂，其特征在于，铜以单原子形态负载在C3N5上。
2.权利要求1所述的负载在C3N5上的铜单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的负载在C3N5上的铜单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一所述3-氨基-1,2,4-三唑与CuCl2·2H2O的质量比为40~60:0.8~1.2；所述球磨处理具体为：使用不锈钢球磨罐球磨，转速250 r/min，正转25 min，停5 min，反转25 min，循环两次。
4.根据权利要求2所述的负载在C3N5上的铜单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二所述煅烧具体为：煅烧过程用氮气作为保护气，升温速率5 ℃/min ，升至500 ℃后，恒温煅烧180 min，之后自然降温。
5.用权利要求1所述的负载在C3N5上的铜单原子催化剂光催化氧化5-羟甲基糠醛的方法，其特征在于：将5-羟甲基糠醛、权利要求1所述催化剂、溶剂加入到反应容器中，于一定压力、气体氛围、可见光照射下搅拌反应一定时间，反应结束后进行后处理。
6.根
7.根据权利要求5所述的负载在C3N5上的铜单原子催化剂光催化氧化5-羟甲基糠醛的方法，其特征在于：所述一定压力、气体氛围、可见光照射下搅拌反应一定时间具体为：于0.1 MPa压力、氧气氛围、413 nm可见光照射下搅拌反应12 h；所述有机溶剂为乙腈。
8.用权利要求1所述的负载在C3N5上的铜单原子催化剂光催化氧化糠醛的方法，其特征在于：将糠醛、权利要求1所述催化剂、溶剂加入到反应容器中，于一定压力、气体氛围、可见光照射下搅拌反应一定时间，反应结束后进行后处理。
9.根据权利要求8所述的负载在C3N5上的铜单原子催化剂光催化氧化糠醛的方法，其特征在于：加入的糠醛、权利要求1所述催化剂、溶剂的质量比为4~6∶0.8~1.2∶80~120。
10.根据权利要求8所述的负载在C3N5上的铜单原子催化剂光催化氧化糠醛的方法，其特征在于：所述一定压力、气体氛围、可见光照射下搅拌反应一定时间具体为：0.1 MPa压力、氧气氛围、413 nm可见光照射下搅拌反应12 h；所述有机溶剂为乙腈。
...【技术特征摘要】
1.负载在c3n5上的铜单原子催化剂，其特征在于，铜以单原子形态负载在c3n5上。
2.权利要求1所述的负载在c3n5上的铜单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的负载在c3n5上的铜单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一所述3-氨基-1,2,4-三唑与cucl2·2h2o的质量比为40~60:0.8~1.2；所述球磨处理具体为：使用不锈钢球磨罐球磨，转速250 r/min，正转25 min，停5 min，反转25 min，循环两次。
4.根据权利要求2所述的负载在c3n5上的铜单原子催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二所述煅烧具体为：煅烧过程用氮气作为保护气，升温速率5 ℃/min ，升至500 ℃后，恒温煅烧180 min，之后自然降温。
5.用权利要求1所述的负载在c3n5上的铜单原子催化剂光催化氧化5-羟甲基糠醛的方法，其特征在于：将5-羟甲基糠醛、权利要求1所述催化剂、溶剂加入到反应容器中，于一定压力、气体氛围、可见光照射下搅拌反应一定时间，反应结束后进行后处理。
6.根据权利要求5所述的负载在c3n5上的铜单原子催化剂光催化氧化5-羟甲基...
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