[發(fā)明專利]一種改性氮化碳光催化劑及其制備與光催化氧化木糖合成木糖酸的方法

有效

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• 申請日: 2018-07-09
• 公開（公告）號: CN108927198B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設計）人: 彭新文;馬紀亮;鐘林新
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J37/08;C07C51/295;C07C59/105
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 陳智英

本發(fā)明屬于催化劑和木糖酸的技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種改性氮化碳光催化劑及其制備與光催化氧化木糖合成木糖酸的方法。光催化劑的制備方法：(1)將含氮有機物前驅(qū)體與低熔點含氯的鹽類化合物在溶劑中混勻，去除溶劑，獲得固體產(chǎn)物；(2)將固體產(chǎn)物煅燒，酸處理，洗滌，干燥，獲得改性氮化碳光催化劑。改性氮化碳光催化劑用于光催化氧化木糖合成木糖酸。合成木糖酸的方法：在堿性溶液中，改性氮化碳光催化劑在光照的條件下光催化氧化木糖，獲得木糖酸。本發(fā)明的光催化劑熱穩(wěn)定好、催化活性高及良好的循環(huán)使用性。本發(fā)明利用光催化劑光催化氧化木糖成功合成木糖酸，合成方法安全、無毒、見效快、能耗低；木糖酸產(chǎn)率高；易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種改性氮化碳光催化劑及其制備與光催化氧化木糖合成木糖酸的方法，屬于催化劑和木糖酸技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著石油等不可再生資源的日益枯竭，以可再生的生物質(zhì)為原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品已經(jīng)成為實現(xiàn)化工產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的趨勢。木質(zhì)纖維素作為一種重要的生物質(zhì)原料，主要由半纖維素和纖維素組成，可用于生物煉制制備生物液體燃料(如燃料乙醇或丁醇)及其他生物基化學品。作為發(fā)展生物經(jīng)濟和生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵資源，木質(zhì)纖維原料對于推動世界低碳經(jīng)濟，維護能源安全，提升生態(tài)經(jīng)濟和社會經(jīng)濟具有重要的意義。木糖基作為自然界第二大糖類物質(zhì)，在木質(zhì)纖維原料中占有很大比例，如在農(nóng)林廢棄物中，木糖基的含量可以達到18％～30％，該比例約占總糖類的30％～50％。因此，木糖的高效利用和轉(zhuǎn)化是影響木質(zhì)纖維原料生物煉制工業(yè)化生產(chǎn)體系經(jīng)濟效益和商業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵因素和前提條件。而當前我們?nèi)匀蝗狈δ咎歉咝镛D(zhuǎn)化的技術(shù)與手段，木糖的利用成為本領(lǐng)域的關(guān)鍵性技術(shù)瓶頸之一。

木糖酸，最具發(fā)展前途的木糖生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，為生物質(zhì)煉制最具發(fā)展?jié)摿Φ?0種目標產(chǎn)品或化工基本構(gòu)件單元之一。木糖酸作為一種多功能的平臺化合物，可用作絡合劑、螯合劑、增塑劑、玻璃清洗劑、冶金除銹劑、紡織助漂劑、農(nóng)藥懸浮劑、鞣革劑、混凝土的分散劑或高效水泥粘結(jié)劑，可作為聚酰胺、聚酯、水凝膠等一些混合物的前體物質(zhì)；除此之外，木糖酸還是重要含能材料丁三醇硝酸酯前體1,2,4-丁三醇的中間體，還可能被用作生物殺菌劑。由此可見，作為一種用途廣泛的綠色生物基化工品，基于廉價、可再生資源的木糖產(chǎn)木糖酸極富吸引力和發(fā)展前景，有望成為木質(zhì)纖維素生物煉制產(chǎn)業(yè)化的一條新出路。

目前，利用醛糖制備糖酸主要有生物氧化法、均相催化氧化法、電解氧化法和多相催化氧化法。生物氧化法生產(chǎn)條件溫和，對環(huán)境友好，但對實驗條件要求嚴格，周期長，副產(chǎn)物難以分離，影響產(chǎn)品純度。均相催化氧化過程中間步驟復雜，副產(chǎn)物多，產(chǎn)物難以分離，催化劑難以回收利用，廢棄物對環(huán)境產(chǎn)生較大危害。電解氧化法解決了生物發(fā)酵法和均相化學氧化法副產(chǎn)物多、步驟繁瑣等缺點，但工業(yè)生產(chǎn)中能耗大，條件不易控制。多相催化氧化采用負載型貴金屬材料作為催化劑，氧氣(或空氣)作為氧化劑，在堿性或中性條件下催化氧化糖類制備糖酸及相應衍生物，但是也存在反應條件需要高溫、高壓等問題。因此，開展一種新的簡單、高效的方法合成木糖酸具有重要的意義。

目前，光催化技術(shù)因其無毒、安全、穩(wěn)定性好、催化活性高、見效快、能耗低、可重復使用等優(yōu)點被廣泛用于二氧化碳還原、氮還原、光解水以及有機物的降解等領(lǐng)域。將光催化技術(shù)應用于木糖酸的合成將會開辟一條嶄新的的合成木糖酸的途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有木糖酸合成的不足，提供一種能夠催化合成木糖酸的光催化劑(改性氮化碳光催化劑)及其制備方法。本發(fā)明將光催化技術(shù)用于木糖酸的合成中，形成一種合成木糖酸的新途徑。本發(fā)明以含氮有機物前驅(qū)體(尿素、硫脲、二氰二胺及三聚氰胺等)與低熔點氯鹽或氯鹽水合物(如氯化鋁六水合物、氯化鐵六水合物、氯化鋅、氯化鎂及氯化銨等)為反應物，通過一定方法選擇性引入氰基，獲得改性氮化碳(g-C₃N_x)光催化材料。本發(fā)明的g-C₃N_x光催化材料具有熱穩(wěn)定性好、催化活性高及可重復利用等優(yōu)點；其制備方法具有較好的普適性，且可大規(guī)模生產(chǎn)。