一种电催化氧化木糖制备木糖酸的方法

本发明属于电催化，特别涉及一种电催化氧化木糖制备木糖酸的方法。

背景技术：

1、生物质固废可分为三类：城市生物质废物、农作物废物和禽畜粪便，其中，农作物废物以玉米秸秆、麦秸杆和稻秸秆为主，含有大量的纤维素和半纤维素，通过对秸秆类进行粉碎、酸碱浸出、溶剂萃取，提取半纤维素，然后对半纤维素进行生物酶降解反应，得到木糖。通过从秸秆类生物质固废中提取出木糖，并将木糖作为制备木糖酸的原料，实现了生物质固废的资源化利用。

2、木糖酸是一种新兴化工产品，能够有效调节维生素c在体内的循环和代谢，不仅可以作为高效水泥粘接剂的主要成分，还可以作为许多化学合成工艺的中间产物。

3、目前木糖酸的合成主要方法包括碘氧化法、钯氧化法和生物催化氧化法。化学合成法生产木糖酸的过程复杂，不易操作，而且反应条件严格，对环境的污染大。生物氧化法生产木糖酸具有条件温和、对环境友好等优点，但对实验条件要求严格、周期长、副产物难以分离，影响产品纯度，因此限制了木糖酸的大规模生产及其应用。

4、可见，如何提供一种电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，通过高效的电催化剂材料和绿色的电催化工艺从木糖中制备木糖酸，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，以至少解决上述一种技术问题。

2、为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，所述方法包括以下步骤：以催化剂材料/泡沫镍电极作为工作电极、hg/hgo电极作为参比电极、石墨棒作为对电极组装h型电解池；通过交换膜将所述h型电解池分隔为阳极区和阴极区，所述工作电极和所述参比电极均位于所述阳极区，所述对电极位于所述阴极区；所述阳极区的电解液为koh溶液和木糖溶液的混合溶液，所述阴极区的电解液为koh溶液；对所述h型电解池施加电压，进行电催化反应，在所述阳极区获取木糖酸。

3、在第一方面中，所述催化剂材料/泡沫镍电极通过以下方式获得：将4mg研磨后的催化剂材料加入900μl的乙醇溶液和100μl的nafion溶液中，进行超声混合，得到均匀的混合溶液；取所述混合溶液滴涂在泡沫镍上，在室温下晾干，得到催化剂材料/泡沫镍电极。

4、在第一方面中，所述泡沫镍的尺寸为(1～3)cm×(1～3)cm。

5、在第一方面中，所述催化剂材料通过以下步骤制备而成：取0.6g赖氨酸和75ml0.05mol/l的nicl2溶液置于烧杯中，混合均匀后，在40℃下搅拌加热至淡蓝色，逐滴加入4ml氨水，继续搅拌60min，得到第一反应液；将所述第一反应液转移至第一水热反应釜中，在180℃下加热反应6h，冷却至室温，得到第二反应液；对所述第二反应液进行离心，洗涤，干燥，得到第一固体物；对所述第一固体物进行研磨，并置于管式炉中进行一次煅烧，得到nio黑色粉末；所述一次煅烧的条件为：一次煅烧温度350℃，一次煅烧时间3h；称取0.01～0.05g金属氯化物、0.0457g硫脲和0.3g所述nio黑色粉末，并加入60ml的超纯水，超声分散均匀后，得到第三反应液；将所述第三反应液转移至第二水热反应釜中，在160～200℃下加热反应12h，冷却至室温后，得到第四反应液；对所述第四反应液进行离心，洗涤，干燥，得到第二固体物；将所述第二固体物和升华硫混合均匀后，进行研磨，并置于管式炉中进行二次煅烧，得到催化剂材料；所述二次煅烧的条件为：二次煅烧温度300～500℃，二次煅烧时间4～6h。

6、在第一方面中，所述金属氯化物为六水合氯化铁、四水合氯化锰和六水合氯化钴中的一种。

7、在第一方面中，所述交换膜为nafion-117离子交换膜。

8、在第一方面中，所述木糖溶液的物质的量浓度为10～100mmol/l。

9、在第一方面中，所述koh溶液的物质的量浓度为0.1～2.0mol/l。

10、在第一方面中，所述施加电压为1.2～1.6v；所述电催化反应的时间为0.5～100h。

11、在第一方面中，所述木糖溶液通过如下方式获得：对秸秆进行粉碎，得到粉碎料；向所述粉碎料中加入7.5ml 7.2wt％的h2so4溶液，室温搅拌2h后，加入90ml的水，在100℃下加热反应5h，得到初步溶液；对所述初步溶液进行过滤，得到滤液，所述滤液为木糖溶液。

12、有益效果：

13、本发明提供的电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，以催化剂材料/泡沫镍电极作为工作电极、hg/hgo电极作为参比电极、石墨棒作为对电极组装h型电解池；通过交换膜将h型电解池分隔为阳极区和阴极区，工作电极和参比电极均位于阳极区，对电极位于阴极区；阳极区的电解液为koh溶液和木糖溶液的混合溶液，阴极区的电解液为koh溶液；通过对h型电解池施加电压，位于阳极区的木糖溶液被工作电极电催化氧化生成木糖酸。本发明提供的制备木糖酸的方法，通过选择易与产物分离的可循环使用的催化剂材料，以及绿色环保的电催化工艺，可高效生产制备木糖酸，降低生产成本。

14、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，其特征在于，所述催化剂材料/泡沫镍电极通过以下方式获得：将4mg研磨后的催化剂材料加入900μl的乙醇溶液和100μl的nafion溶液中，进行超声混合，得到均匀的混合溶液；取所述混合溶液滴涂在泡沫镍上，在室温下晾干，得到催化剂材料/泡沫镍电极。

3.根据权利要求2所述的电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，其特征在于，所述泡沫镍的尺寸为(1～3)cm×(1～3)cm。

4.根据权利要求3所述的电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，其特征在于，所述催化剂材料通过以下步骤制备而成：

5.根据权利要求4所述的电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，其特征在于，所述金属氯化物为六水合氯化铁、四水合氯化锰和六水合氯化钴中的一种。

6.根据权利要求1或5任意一项所述的电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，其特征在于，所述交换膜为nafion-117离子交换膜。

7.根据权利要求1所述的电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，其特征在于，所述木糖溶液的物质的量浓度为10～100mmol/l。

8.根据权利要求1所述的电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，其特征在于，所述koh溶液的物质的量浓度为0.1～2.0mol/l。

9.根据权利要求1所述的电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，其特征在于，所述施加电压为1.2～1.6v；所述电催化反应的时间为0.5～100h。

10.根据权利要求1或7任意一项所述的电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，其特征在于，所述木糖溶液通过如下方式获得：对秸秆进行粉碎，得到粉碎料；向所述粉碎料中加入7.5ml 7.2wt％的h2so4溶液，室温搅拌2h后，加入90ml的水，在100℃下加热反应5h，得到初步溶液；对所述初步溶液进行过滤，得到滤液，所述滤液为木糖溶液。

技术总结本发明提供了一种电催化氧化木糖制备木糖酸的方法，以催化剂材料/泡沫镍电极作为工作电极、Hg/HgO电极作为参比电极、石墨棒作为对电极组装H型电解池；通过预处理的Nafion‑117离子交换膜将H型电解池分隔为阳极区和阴极区，工作电极和参比电极均位于阳极区，对电极位于阴极区；阳极区的电解液为5mL的1mol/L KOH溶液和100mmol/L木糖溶液的混合溶液，阴极区的电解液为5mL的1mol/L KOH溶液；对H型电解池施加电压，进行电催化反应，在阳极区获取木糖酸。本发明提供的制备木糖酸的方法，通过选择易与产物分离的可循环使用的催化剂材料，以及绿色环保的电催化工艺，可高效生产制备木糖酸，降低生产成本。技术研发人员：王长龙,彭瑜杰,屈秦羽受保护的技术使用者：北京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23