[發明專利]一種一維納米棒狀氮化碳光催化劑的制備方法及其在光催化氧化單糖合成乳酸中的應用

有效

• 申請號: 202210387296.1
• 申請日: 2022-04-14
• 公開（公告）號: CN114917942B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 彭新文;鄒刃;鐘林新;楊韻怡;皮一可;黃沛軒
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/00;B01J35/02;B01J37/10;B01J37/12;C07C51/23;C07C59/08
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 桂婷

本發明屬于光催化合成領域，公開了一種一維納米棒狀氮化碳(HCN)光催化劑的制備方法及其在光催化氧化單糖合成乳酸中的應用，制備方法為：將可溶性含氮類化合物前驅體與一維線狀納米纖維素分散于水中，然后通過冷凍干燥、煅燒，最后將煅燒后的樣品與雙氧水水熱處理，得到結構中引入氧原子和氮空位的一維納米棒狀氮化碳材料(HCN)材料。將所制備的HCN光催化劑、單糖和堿性溶液混合，在可見光光照下催化氧化單糖合成乳酸。本發明制備催化劑的方法具有較好的普適性，不僅前軀體來源廣泛，同時底物選擇具有多樣性，同時活性高、熱穩定好及可循環使用等優點，相比于傳統的熱催化和酶催化，該方法能綠色、接近常溫的情況下，快速地合成乳酸。

技術領域

本發明屬于光催化合成領域，特別涉及一種一維納米棒狀氮化碳(HCN)?光催化劑的制備方法及其在光催化氧化單糖合成乳酸中的應用。

背景技術

隨著人類社會的發展，能源和資源的短缺日益凸顯，同時大量使用不可再生的能源帶來的氣候和環境問題也愈發嚴重。發展低碳綠色循環經濟成為當今社會的主流。生物質作為唯一的可再生的碳源，具有來源豐富、可生物降解等優點，已經成為可替代化石能源的選擇之一。木質纖維是最重要的生物質來源，木質纖維的轉化利用對于解決當下的能源和環境問題具有重大意義。木質纖維的三大組分分別為纖維素、半纖維素和木質素，其中纖維素和半纖維素是以單糖為結構單元的生物基高分子聚合物，其中葡萄糖含量排第一，木糖排第二。以木糖為代表的單糖，可被轉化為多種高值平臺化學品，如糖酸、糠醛、乳酸等，在化工、醫療、農業及食品等領域有廣泛的應用。因此對以木糖為代表的生物質基單糖進行高值化轉化和利用是我國實現“碳達峰”和“碳中和”的重要手段和途徑。

乳酸(LA)又名α-羥基-丙酸，是一種同時具有羥基和羧基的有機酸，是一種多功能平臺化學品，在化工、醫藥、食品及日化行業有廣泛的應用。同時乳酸還是合成聚乳酸(PLA)的主要原料，聚乳酸是一種環境友好型生物基可降解材料，目前已經廣泛應用于包裝、醫療、紡織等領域。聚乳酸的產能也處于一個爆炸式的增長階段，據歐洲生物塑料協會的統計數據顯示，2019年，全球聚乳酸產能約27.13萬噸；2020年，產能增長至39.48萬噸。因此，發展一種大量、高效、綠色的方法合成乳酸具有重大意義。

目前，乳酸的合成方法主要是化學法和生物法。乳酸是某些生物新陳代謝的產物，因此生物法主要包括酶催化法和發酵法，通過生物酶催化碳水化合物水解得到乳酸。該方法雖然原料來源廣泛，但是存在反應周期長、產率低、能耗高、乳酸提純困難、酶無法回收利用等難題。化學法合成乳酸，主要是通過熱催化的方法通過催化氧化糖類得到。化學法合成具有產物易分離、反應速率高等優點，但是因其反應溫度高及需要特制的高壓容器，一定程度上限制了其工業化應用。因此，開發一種綠色、溫和的方法合成乳酸成為工業界努力探索的目標之一。光催化氧化技術，是一種以太陽光作為能源的綠色反應技術，具有反應條件溫和、催化劑易回收、能耗低、反應速率、選擇性高高等優點，目前已經廣泛應用于有機污染物降解、病毒滅殺及有機合成等領域。將光催化氧化技術應用于單糖選擇性氧化合成乳酸，將為乳酸的綠色高效合成提供一條新的途徑。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種一維納米棒狀氮化碳光催化劑的制備方法。

本發明另一目的在于提供上述方法制備的一維納米棒狀氮化碳光催化劑。

本發明再一目的在于提供上述一維納米棒狀氮化碳光催化劑在光催化氧化單糖合成乳酸中的應用。

本發明的目的通過下述方案實現：

一種一維納米棒狀氮化碳光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將含氮類化合物前驅體與納米纖維素(CNF)水分散液分散于水中，然后超聲，使含氮類化合物前驅體充分溶解，最后將所得液體干燥，得到混合物；

(2)將步驟(1)中干燥后的混合物進行煅燒，結束后自然冷卻到室溫，得到含無定形碳的氮化碳光催化劑；