[發明專利]氮摻雜碳材料催化劑及其在催化5-羥甲基糠醛氧化制備2,5-二甲酰基呋喃中的應用

有效

• 申請號: 201811058859.2
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109174153B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 張澤會;袁紫亮;劉冰;池泉
• 申請（專利權）人: 中南民族大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C07D307/46
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 余曉雪

本發明涉及催化5?羥甲基糠醛氧化制備2,5?二甲酰基呋喃的技術領域，更具體涉及一種有效成分為氮摻雜碳材料的C?N材料催化劑及其在催化5?羥甲基糠醛氧化制備2,5?二甲酰基呋喃中的應用，該催化劑由以下方法制備而成：將殼聚糖加入到尿素溶液中，在殼聚糖完全分散后，加入乙酸，獲得均勻的半透明糊狀物，將其干燥后，在500?1200℃下煅燒。該催化劑制備方法特別簡單且易于操作，可用于催化氧化制備2,5?二甲酰基呋喃(DFF)。本發明利用上述催化劑催化氧化制備2,5?二甲酰基呋喃，不僅反應條件溫和、反應快速，而且收率相對較高。

技術領域

本發明涉及催化5-羥甲基糠醛氧化制備2,5-二甲酰基呋喃的技術領域，更具體涉及一種氮摻雜碳催化劑及其在催化5-羥甲基糠醛(HMF)氧化制備2,5-二甲酰基呋喃(DFF)中的應用。

背景技術

2,5-二甲酰基呋喃(英語：2,5-Diformylfurane)又稱2,5-呋喃二甲醛、2,5-乙二醛呋喃，簡寫為：DFF，分子式：C₆H₄O₃，分子量：124.09，CAS編號：823-82-5。2,5-二甲酰基呋喃(DFF)是最重要的生物基材料中間體之一，其作為HMF中羥基選擇性氧化的產物，可以提供最通用的中間體，用于合成大量含呋喃的功能聚合物，聚Schiff堿，藥物，抗真菌劑和有機導體.

在早期，包括NaOCl，BaMnO₄或氯鉻酸吡啶鎓離子的化學計量氧化劑等被用于將5-羥甲基糠醛(HMF)氧化成2,5-二甲酰基呋喃(DFF)，但是，這些方法對于DFF的合成是不經濟和不可持續的，因為釋放了大量廢物。用分子氧催化氧化HMF代表了一種綠色方法，其中H₂O是除DFF之外唯一的其他產物。已經有研究將均相和非均相催化劑用于HMF的氧化，為了克服催化劑再循環方面的均相催化劑的缺點，HMF的催化氧化主要在非均相催化劑的存在下進行；主要包括釩、釕和錳催化劑的非均相催化劑均有報道用于將HMF氧化成DFF。但是，金屬催化劑的使用會導致最終產品中的成本增加和金屬污染物，特別是對于藥物試劑。例如，Riisager及其同事報告說，催化劑總活性的60％以上是催化物質從V₂O₅/H-ZSM-5和V₂O₅/H-mordenite催化劑中溶解的結果。現有技術所公開的制備2,5-二甲酰基呋喃的方法中大部分都使用了貴金屬催化劑，且仍要求較高的氧氣壓力，這樣對制備工業催化劑來說，催化劑價格將會非常昂貴，并且在講稿的氧氣壓力下，對工業反應釜的要求更加嚴格，因而，此前的催化劑不利于大規模工業生產制備2,5-二甲酰基呋喃。因此，非常需要開發一種無金屬催化劑(或者無金屬催化體系)有效地將HMF氧化成DFF。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供了一種有效成分為氮摻雜碳材料的C-N材料催化劑及其在催化5-羥甲基糠醛(HMF)氧化制備2,5-二甲酰基呋喃(DFF)中的應用，該催化劑為無金屬催化劑，且制備方法簡單易操作，可用于催化5-羥甲基糠醛(HMF)氧化制備2,5-二甲酰基呋喃(DFF)。

利用上述催化劑用于5-羥甲基糠醛催化氧化制備2,5-二甲酰基呋喃，不僅反應條件溫和，而且收率相對較高。

為了實現上述的目的，本發明采用以下技術方案：

一種有效成分為氮摻雜碳材料的催化劑，由以下方法制備而成：

1)在攪拌下(優選為劇烈攪拌)將殼聚糖加入到尿素水溶液中，在殼聚糖完全分散后，加入乙酸，攪拌(優選為劇烈攪拌)獲得均勻的半透明糊狀物，將其干燥后研磨均勻，得到復合材料前體；

2)在N₂氣氛下，將步驟(1)得到的復合材料前體在500-1200℃下煅燒3-8h，待產物冷卻后，取出，研磨成粉末，得到有效成分為氮摻雜碳材料的催化劑。