[發明專利]一種用于電催化糠醛氧化生產糠酸的催化劑及其制備方法和使用方法

有效

• 申請號: 202210227785.0
• 申請日: 2022-03-10
• 公開（公告）號: CN114438524B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 劉仲毅;龐青青;劉巧云;劉壽長
• 申請（專利權）人: 鄭州大學;山東一諾生物質材料有限公司
• 主分類號: C25B3/05
• 分類號: C25B3/05;C25B3/07;C25B3/23;C25B11/031;C25B11/065;C25B11/091
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 張智偉

本發明屬于生物質轉化技術領域，公開一種用于電催化糠醛氧化生產糠酸的催化劑及其制備方法和使用方法。該催化劑以碳布為基底，基底上原位生長有錸摻雜氫氧化鈷納米片。制備步驟如下：商業碳布裁剪后酸洗烘干備用；將高錸酸鹽、鈷鹽、酸溶液、尿素和醇溶液一起攪拌均勻，將混合后的溶液轉移至水熱釜中，將混合后的溶液轉移至水熱釜中；將碳布放于水熱釜中，旋緊釜蓋，將水熱釜在80?260°C下反應400?1200min，冷卻至室溫，取出碳布，烘干，即得催化劑。采用H型電解池，將催化劑、氯化銀和碳棒分別作為工作電極、參比電極和對電極，設置電壓范圍為0.6?1.0V，時間為30?240min。本發明所制備的催化劑表現出優異的電催化糠醛氧化活性。

技術領域

本發明屬于生物質轉化技術領域，具體涉及一種用于電催化糠醛氧化生產糠酸的催化劑及其制備方法和使用方法。

背景技術

化石燃料的快速消耗迫使人類不斷探尋獲取清潔和可再生能源的新途徑。生物質轉化成為解決能源危機的一種有效途徑，這對于人類發展有著重大意義。生物質來源豐富、取材方便、成本低廉、可再生，比如從廢棄農作物（玉米芯、燕麥和麥麩等）即可提取。糠醛的生產是一個持續的工業過程，探索以糠醛為平臺替代化石資源的副產物具有很大的實際價值。而糠醛作為生物質的一種，本身含有氧氣，對于生產含氧化合物是最可行的。但是糠醛氧化生成糠酸通常涉及到高溫和高壓以及有機溶劑等，這使得氧化過程復雜以及更易產生污染。

因此，有效進行糠醛氧化過程離不開一種高效催化劑。目前應用于糠醛氧化反應的多是包含貴金屬（例如Pt、Pd、Au和Ru或其合金等）的催化劑，不但增加了生成成本，而且實際應用大打折扣。而作為非貴金屬基（例如二氧化硅、氧化鋁負載型MnO₂或Mn₂O₃，Sn(VO₃)₄，Ni(OH)₂和V₂O₅等）的催化劑，存在著糠醛轉化率低和產物選擇性低、穩定性差等缺點，而且催化氧化成本高昂，過程復雜，實際應用被嚴重限制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于電催化糠醛氧化生產糠酸的催化劑及其制備方法和使用方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種用于電催化糠醛氧化生產糠酸的催化劑，該催化劑以碳布為基底，基底上原位生長有錸摻雜氫氧化鈷納米片。

催化劑的制備方法，制備步驟如下：

（1）、商業碳布裁剪后酸洗烘干備用；

（2）、將高錸酸鹽、鈷鹽、酸溶液、尿素和醇溶液一起攪拌均勻，將混合后的溶液轉移至水熱釜中；

（3）、將步驟（1）所得碳布放于水熱釜中，旋緊釜蓋，將水熱釜在80-260°C下反應400-1200min，冷卻至室溫，取出碳布，烘干，即得催化劑；

其中，鈷鹽以其提供的鈷元素計、高錸酸鹽以其提供的錸元素計，原料的用量配比為鈷鹽∶酸溶液∶尿素∶醇溶液=（0.5-5）mmol∶（1-5）mL∶（1.0-10）g∶（15-40）mL，鈷鹽和高錸酸鹽的摩爾比為3∶（0.1-1）；每0.5-5mmol鈷鹽，步驟（3）中碳布的面積為1-10cm²。

較好地，鈷鹽為硝酸鈷、氯化鈷或乙酸鈷。

較好地，高錸酸鹽為高錸酸銨、高錸酸鉀或高錸酸鈉。

較好地，酸溶液的濃度為0.5-2mol/L，所述酸溶液為硫酸、硝酸或鹽酸。

較好地，醇溶液的濃度為0.5-5mol/L，所述醇溶液為乙醇水溶液、甲醇水溶液或異丙醇水溶液。