用掺杂ZrO₂石墨电极电催化还原5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲基呋喃的方法

摘要

本发明为一种用掺杂ZrO₂石墨电极电催化还原5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲基呋喃的方法，该方法首先通过催化果糖脱水制备5-羟甲基糠醛/N,N-二甲基乙酰胺原液，然后使用掺杂ZrO₂的石墨电极为阴极，铂电极为阳极，在电解槽内电催化还原5-羟基糠醛制备2,5-二甲基呋喃。本发明成功解决了加氢还原5-羟基糠醛制备2,5-二甲基呋喃过程中设备、催化剂费用较高的问题。本方法使用ZrO₂为催化剂，避免了传统对5-羟基糠醛加氢过程中贵金属（钌、钯等）的使用，同时避免直接使用H₂有效降低生产2,5-二甲基呋喃成本，该发明对环境无污染，反应条件相对温和，选择性好。

主权项

一种用掺杂ZrO₂石墨电极电催化还原5‑羟甲基糠醛制备2,5‑二甲基呋喃的方法，其特征为该方法包括以下步骤：第一步，催化果糖脱水制备5‑羟甲基糠醛将原料果糖、促进剂溴化铵、催化剂氯化锌以及溶剂N,N‑二甲基乙酰胺放入反应器中，油浴100~130℃温度下搅拌反应45~90min，得到5‑羟基糠醛/N,N‑二甲基乙酰胺原液其物料配比为：质量比果糖：溴化铵：氯化锌=1：0.12~0.19:0.006~0.06，每克果糖加入溶剂N,N‑二甲基乙酰胺7.5～8.5ml；第二步，电催化还原5‑羟甲基糠醛制备2,5‑二甲基呋喃：将上步得到的5‑羟基糠醛/N,N‑二甲基乙酰胺原液和100g∙L ^‑1 KNO₃溶液混合均匀得到电解原液，放入电解槽中，铂电极作为阳极，掺杂2~30%ZrO₂石墨电极为阴极，稳压直流电源输出电压为3~4V、电流密度4.69 ~18.75 mA/cm²条件下，电催化还原5‑羟基糠醛；在电解反应的同时，电解液在循环泵作用下，经电解槽下端支口吸出，经循环泵打入萃取器，被萃取剂萃取后的电解液经萃取器下端支口流出回到电解槽中，实现循环萃取2,5‑二甲基呋喃以及5‑羟基糠醛的连续电解，循环电解反应时间为1~12h，最后得到2,5‑二甲基呋喃；其中，物料配比为体积比5‑羟基糠醛/N,N‑二甲基乙酰胺原液：KNO₃溶液=1:4。