CN111334818A - 电解催化氧化的装置以及制备2,5呋喃二甲酸的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电解催化氧化的装置，包括：阴极、阳极、电解液和电源；所述阳极为整体式电极；所述整体式电极包括基底和基底上的催化活性物质；所述催化活性物质包括四氧化三钴纳米片。以及该装置用于电解催化氧化制备2,5‑呋喃二甲酸。

Description

电解催化氧化的装置以及制备2,5呋喃二甲酸的方法

技术领域

本申请涉及一种电解催化氧化的装置以及电解催化氧化制备2,5呋喃二甲酸的方法，属于电泳生产工艺方法领域。

背景技术

截至2019年上半年，我国汽车保有量达2.5亿辆。汽车生产过程中需要使用到多种塑料，比如聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等塑料便被广泛应用于汽车内饰的仪表盘、门内板、空调出风口的生产制造中。但这些塑料均为石油基塑料，其生产制造需要消耗大量化石资源。而且汽车报废后，这些塑料难以降解，会造成严重的固废污染。

为了解决上述问题，人们将目光转到了生物质的开发和利用之中。

2,5-呋喃二甲酸(FDCA)具有芳香性，且具有与对苯二甲酸(PTA)相似的共轭电子结构，是美国能源部提出的十二种生物质平台化合物之一。FDCA与乙二醇缩聚，可生产生物基聚呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)。PEF在阻气性、玻璃化转变温度、机械性能方面均优于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，可代替PET应用到汽车内饰当中。此外，与石油基PET相比，生物基PEF的生产中不可再生能源的消耗和温室气体的排放将大大减少。

FDCA通常由5-羟甲基糠醛(HMF)在贵金属催化剂参与的液相体系中，在较高的温度和氧气压力下催化氧化来制备。这需要较高的成本，同时还会引起一些安全问题。此外，液相热催化过程中的水分子难以被活化，能量利用效率难以提高。

电催化氧化技术被认为是一种热催化氧化的替代技术，具有广泛的底物耐受性，可通过调节电位窗口精确控制反应深度，能量耗散低，反应条件温和。

因此，开发具有氧化HMF性能的整体式电极及应用方法，用反应电势低的HMF氧化反应代替动力学缓慢的阳极析氧反应，通过电催化氧化技术产生高附加值产物FDCA。此外，该方法还可拓展到其他生物基平台化合物，进一步利用风力、潮汐、地热等所产生的电能进行电化学催化反应，这对生物资源高值化利用具有重要的理论和实际意义。

在诸多催化剂中，钴凭借其丰富的价态，较高的储量，低廉的价格成为催化领域的研究热点。然而，纯金属钴的催化性能较低，在已知材料中处于下游，而其复合价态的四氧化三钴却在诸多催化反应中表现出了优异的催化性能。研究表明，通过自组装调控四氧化三钴的表面缺陷、微观形貌等，可以进一步增强四氧化三钴的催化性能，并延长催化剂的使用寿命。

水热-热分解法是一种较优的制备不同形态产品的方法，它是利用水热反应制得前驱体后，再加以煅烧制备出纳米氧化物。但是大多数通过水热-热分解法制备四氧化三钴催化剂的过程中均需除钴源外其他化学试剂如模板剂或碱性添加剂的参与，且需较高反应温度和较长反应时间，原料利用率低，还增加了生产成本，同时还会产生废气、废液等污染物。此外，大多数四氧化三钴催化剂呈粉末状，直接应用于催化反应过程中，会面临分散不均和分离困难等诸多问题；添加粘结剂形成块体材料又会阻碍反应过程中的传质、降低催化性能。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种电解催化氧化的装置。在催化剂基底上自组装生长高比表面的四氧化三钴纳米片，提高了HMF电解氧化反应，通过电催化氧化技术产生高附加值产物FDCA。

一种电解催化氧化的装置，包括：

阴极、阳极、电解液和电源；

所述阳极为整体式电极；

所述整体式电极包括基底和基底上的催化活性物质；

所述催化活性物质包括四氧化三钴纳米片。

可选地，所述电解催化氧化装置还包括参比电极；

所述参比电极为汞/氧化汞电极。

可选地，所述阴极选自石墨棒、铂片、铂丝、铂网、镍片、镍箔、镍网、镍泡沫中的至少一种。

可选地，所述整体式电极为所述四氧化三钴纳米片自组装原位生长于所述基底表面得到；

所述基底选自镍泡沫、镍片、碳纸、碳纤维布中的至少一种；

所述四氧化三钴纳米片的长度为1000～4000nm。

可选地，所述四氧化三钴纳米片的厚度为100～600nm。

根据本申请的另一个方面，提供一种电解催化氧化制备2,5呋喃二甲酸的方法，其特征在于，采用上述任一项所述的电解催化氧化装置电解催化氧化电解液中的5-羟甲基糠醛制备2,5呋喃二甲酸；

所述电解液为含有5-羟甲基糠醛的水溶液。

可选地，所述电解液为含有5-羟甲基糠醛的碱性水溶液。

可选地，所述含有5-羟甲基糠醛的碱性水溶液中5-羟甲基糠醛的浓度为0.001mM～1000mM。

可选地，所述含有5-羟甲基糠醛的碱性水溶液中5-羟甲基糠醛的浓度的上限选自0.1mM、1mM、5mM、10mM、50mM、100mM、200mM、300mM、400mM、500mM、600mM、700mM、800mM、900mM、1000mM；下限选自0.001mM、0.1mM、1mM、5mM、10mM、50mM、100mM、200mM、300mM、400mM、500mM、600mM、700mM、800mM或900mM。

可选地，所述含有5-羟甲基糠醛的碱性水溶液中碱的浓度为0.01～2M。

可选地，所述碱性水溶液为氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液、碳酸钾水溶液、碳酸钠水溶液中的至少一种。

可选地，所述电源的电压不低于1.0V。

可选地，所述电源的电压为1.0～2.0V。

可选地，所述整体式电极的制备方法包括以下步骤：

S100：获得含有钴源的水溶液；

S200：将基底浸没于所述水溶液中，加热反应，得到前驱体；

S300：将所述前驱体在保护气体的气氛中，高温煅烧，得到所述整体式电极。该方法在除钴源外无其他化学试剂的参与下，通过较低温度、较短时间的水热制备得前驱体后，加以煅烧制备出自组装四氧化三钴纳米片催化剂，制备过程原料利用率高，且自组装四氧化三钴纳米片相互支撑具有比纳米线更优的结构稳定性。这种方法更绿色环保，成本更低廉，对于其他金属基催化剂的开发具有重要的研究和应用价值。

可选地，步骤S100中所述水溶液中钴源中的钴元素与水的摩尔比为1：500～1400。

可选地，所述钴源选自CoCl₂·xH₂O、CoBr₂·xH₂O、CoCO₃·xH₂O、Co(NO₃)₂·xH₂O、CoSO₄·xH₂O中的至少一种；

其中，x为结晶水个数；x的取值范围为0～10。

可选地，步骤S200中所述加热反应的温度为120℃～180℃，加热反应的时可选地，步骤S300中所述保护气体选自氩气、氮气、氦气中的至少一种；

所述保护气体的流量为50mL/min～150mL/min；

步骤S300中所述高温煅烧的温度为280℃～420℃，高温煅烧的时间为0.2h～1h。

可选地，步骤S300中所述高温煅烧的条件为：以1℃/min～5℃/min的速度由室温升温至280℃～420℃，保温0.2h～1h后，以5℃/min～10℃/min的速度冷却至室温。

本申请中，“所述四氧化三钴纳米片的厚度为100～600nm”的厚度是指纳米片上距离最短的两点之间的距离；

本申请中，“所述四氧化三钴纳米片的长度为1000～4000nm的长度是指纳米片上距离最长的两点之间的距离。

本申请能产生的有益效果包括：

1)本申请所提供的电催化合成汽车内饰用生物基可降解聚酯单体——2,5-呋喃二甲酸的方法，两电极电解槽中，整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂作为阳极催化剂，电解水析氧性能较好，用于电催化5-羟甲基糠醛(HMF)氧化制备2,5-呋喃二甲酸(FDCA)，催化效率高，可耐受高浓度的HMF进料。

2)本申请所提供的电催化合成汽车内饰用生物基可降解聚酯单体——2,5-呋喃二甲酸的方法，使用该催化剂电催化HMF氧化制备FDCA，具有非常高的FDCA选择性，产物纯度好。同时，法拉第效率近100％，具有极高的能量利用效率。

3)本申请所提供的整体式电极的制备方法，原料多，易制备，产量高，且对设备和技术要求低。

4)本申请所提供的整体式电极，整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂具有高电化学活性面积的片状结构，能够提供更多暴露的活性位点，提升催化性能。通过自组装的方式在基底上原位生长四氧化三钴纳米片，可灵活调控纳米片的尺寸来适应不用强度的电催化反应。与呈粉末状的钴基催化剂相比，使用后更易分离。

5)本申请所提供的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂的制备方法，通过该方法制备出的催化剂催化性能强，使用寿命长，且在使用后容易从反应体系中分离。

附图说明

图1为本申请实施例1中镍泡沫基底及制得的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂的XRD谱图；

图2为本申请实施例1中制得的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂的扫描电镜图；其中，(a)为比例尺为500μm，(b)为比例尺为100μm，(c)为比例尺为5μm；

图3为本申请实施例1中制得的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂表层剥落物的透射电镜图；其中，(a)为比例尺为50nm，(b)为比例尺为10nm；

图4为本申请实施例1中镍泡沫基底及制得的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂的X光电子能谱图；

图5为本申请实施例11中的装置结构示意图；

图6为本申请实施例1制得的样品1同时作为阴极催化剂和阳极催化剂在两电极体系中原料HMF转化率或阳极产物产率-电荷图。

部件和附图标记列表：

1电源；2阳极；3电解液；4阴极。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明，本申请的实施例中的原料和催化剂均通过商业途径购买。

本申请的实施例中分析方法如下：

利用Bruker D8 DISCOVER X射线衍射仪以Cu为靶材进行XRD分析。

利用HITACHI S-4800扫描电子显微镜在8.0kV下进行SEM分析。

利用FEI F20透射电子显微镜在200kV下进行TEM分析。

利用Kratos AXIS ULTRA^DLD设备以Al为靶材进行X光电子能谱分析。

所述整体式电极包括基底和生长在基底上的活性物质；

所述活性物质包括自组装四氧化三钴纳米片。

所述整体式电极的制备方法包括以下步骤：

S100，溶液的制备：将CoCl₂或CoSO₄加水配成溶液。

本申请中，对于所制备的溶液的浓度没有特殊限定。为了制备出优异性能的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂，增强其催化稳定性，延长使用寿命，较佳地，CoCl₂或CoSO₄与水的摩尔比为1:500～1:1400。

S200，水热反应：将步骤S100中得到的溶液置于反应釜中，加入镍泡沫或镍片或碳纸或碳纤维布等基底，于120℃～180℃下保温6h～24h，洗涤、干燥后得到前驱体。

步骤S200中，对于所加镍泡沫或镍片或碳纸或碳纤维布等基底没有特殊限定。为了制备出均匀的催化剂，提高催化效率，较佳地，镍泡沫或镍片或碳纸或碳纤维布等基底规格满足于可浸没于溶液中。

本步骤通过水热反应得到前驱体，其中水热温度为120℃～180℃，热时间为6h～24h。

反应得到的前驱体表面沉积有少量易脱离物质，为使整体式前驱体更加稳定，需进行洗涤操作，较佳地，洗涤方法为：将所述前驱体使用无水乙醇冲洗1～2次。

前驱体冲洗完后，为避免残留的乙醇在后续处理过程中带来影响，需进行烘干操作。较佳地，干燥条件为：40℃～80℃下干燥6h～10h。

S300，煅烧过程：将步骤S200中得到的前驱体置于加热炉中，通入保护气体，于280℃～420℃下保温0.2h～1h，冷却后即可得到整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂。

本步骤通过煅烧过程得到目标整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂，其中，为方便保护气体的通入，加热炉优选为内置刚玉管或石英管的管式炉，保护气体优选为氩气、氮气和氦气中的一种或多种。为防止产物的烧蚀，保证产物的纯度，保护气体的流量不宜过大，其流量优选为50mL/min～150mL/min。该流量下的煅烧过程可提高产物的物理化学性能。

步骤S300中，加热方式采用一步升温方式，加热速度不宜过快，较佳地，加热炉的温度控制过程为：以1℃/min～5℃/min的速度由室温升温至280℃～420℃，保温0.2h～1h后，以5℃/min～10℃/min的速度冷却至室温。该升温方式制备出的产物质量更佳。

需要说明的是，最终得到的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂，其纳米片的尺寸可通过自组装的方式灵活调控。

本发明的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂的制备采用简便的制备方法，对设备和技术要求低，使用的原料为常用的化工原料，原料丰富，成本较低；本发明方法得到的催化剂中纳米片的尺寸灵活可调，从而能适应不用强度的应用；且本发明得到的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂具有较高比表面积以及电化学活性面积，活性位点可达性更高，催化性能更好；此外，该方法制备的整体式电极与粉末状纳米催化剂相比，使用后更容易从催化体系中分离。

实施例1

(1)在烧杯中加入0.476g CoCl₂·6H₂O、50mL去离子水，室温下搅拌均匀。其中，CoCl₂与水的摩尔比为1:1400。

(2)将步骤(1)制备的溶液转移至100mL反应釜中，加入镍泡沫基底，使其浸没于溶液中，放入烘箱中于120℃下反应6h，取出后用无水乙醇冲洗2次，置于烧杯中，放入烘箱中于40℃下干燥6h，得到前驱体。

(3)将步骤(2)得到的前驱体置于管式炉的石英舟里，密封后通入高纯氮气作为全程保护气，其中氮气的流量为100mL/min；通气30min后以5℃/min的速度升温至350℃，保温0.5h后，以5℃/min的速度冷却至室温，得到的产物即为镍泡沫上原位生长的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂，记为样品1。

实施例2

(1)在烧杯中加入0.667g CoCl₂·6H₂O、50mL去离子水，室温下搅拌均匀。其中，CoCl₂与水的摩尔比为1:1000。

(2)同实施例1。

(3)同实施例1，得到的样品记为样品2。

与实施例1相比，本实施例所使用的原料中CoCl₂·6H₂O的质量发生了变化，其余制备条件均未改变，随着CoCl₂·6H₂O质量的增加，最终得到的催化剂的自组装四氧化三钴纳米片尺寸变大。

实施例3

(1)同实施例1。

(2)将步骤(1)制备的溶液转移至100mL反应釜中，加入镍泡沫基底，使其浸没于溶液中，放入烘箱中于180℃下反应6h，取出后用无水乙醇冲洗2次，置于烧杯中，放入烘箱中于40℃下干燥6h，得到前驱体。

(3)同实施例1，得到的样品记为样品3。

与实施例1相比，本实施例所使用的水热反应的温度发生了变化，其余制备条件均未改变，随着水热反应温度的升高，最终得到的自组装四氧化三钴纳米片催化剂的纳米片数量增加。

实施例4

(1)同实施例1。

(2)将步骤(1)制备的溶液转移至100mL反应釜中，加入镍泡沫基底，使其浸没于溶液中，放入烘箱中于120℃下反应10h，取出后用无水乙醇冲洗2次，置于烧杯中，放入烘箱中于40℃下干燥6h，得到前驱体。

(3)同实施例1，得到的样品记为样品4。

与实施例1相比，本实施例所使用的水热反应的时间发生了变化，其余制备条件均未改变，随着水热反应时间的延长，最终得到的自组装四氧化三钴纳米片催化剂的纳米片厚度增加。

实施例5

(1)在烧杯中加入0.476g CoCl₂·6H₂O、30mL去离子水，室温下搅拌均匀。其中，CoCl₂与水的摩尔比为1:840。

(2)将步骤(1)制备的溶液转移至100mL反应釜中，加入镍片，使其浸没于溶液中，放入烘箱中于120℃下反应6h，取出后用无水乙醇冲洗2次，置于烧杯中，放入烘箱中于40℃下干燥6h，得到前驱体。

(3)将步骤(2)得到的前驱体置于管式炉的石英舟里，密封后通入高纯氮气作为全程保护气，其中氮气的流量为150mL/min；通气30min后以5℃/min的速度升温至350℃，保温0.5h后，以10℃/min的速度冷却至室温，得到的产物为镍片上原位生长的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂，记为样品5。

实施例6

(1)在烧杯中加入0.562g CoSO₄·7H₂O、35mL去离子水，室温下搅拌均匀。其中CoSO₄与水的摩尔比为1:1000。

(2)将步骤(1)制备的溶液转移至100mL反应釜中，加入镍泡沫基底，使其浸没于溶液中，放入烘箱中于130℃下反应12h，取出后用无水乙醇冲洗2次，置于烧杯中，放入烘箱中于60℃下干燥12h，得到前驱体。

(3)将步骤(2)得到的前驱体置于管式炉的石英舟里，密封后通入高纯氩气作为全程保护气，其中氩气的流量为120mL/min；通气30min后以4℃/min的速度升温至420℃，保温0.3h后，以8℃/min的速度冷却至室温，得到的产物即为镍泡沫上原位生长的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂，记为样品6。

实施例7

(1)在烧杯中加入0.562g CoSO₄·7H₂O、50mL去离子水，室温下搅拌均匀。其中CoSO₄与水的摩尔比为1:1400。

(2)将步骤(1)制备的溶液转移至100mL反应釜中，加入碳纤维布基底，使其浸没于溶液中，放入烘箱中于120℃下反应8h，取出后用无水乙醇冲洗2次，置于烧杯中，放入烘箱中于60℃下干燥12h，得到前驱体。

(3)将步骤(2)得到的前驱体置于管式炉的石英舟里，密封后通入高纯氮气作为全程保护气，其中氮气的流量为120mL/min；通气30min后以4℃/min的速度升温至350℃，保温0.5h后，以5℃/min的速度冷却至室温，得到的产物即为碳纤维布上原位生长的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂，记为样品7。

实施例8

将样品1～样品7从基底上机械剥离的自组装四氧化三钴纳米片粉末以及基底进行XRD测试。图1为样品1从镍泡沫上机械剥离的自组装四氧化三钴纳米片粉末、以及镍泡沫基底的XRD谱图，由图可知，剥离下的样品粉末在2θ角为18.95(1 1 1)、31.25(2 2 0)、36.86(3 1 1)、44.74(4 0 0)、55.65(4 2 2)、59.37(5 1 1)、65.30(4 4 0)处有较明显的衍射峰，归属于四氧化三钴的特征峰。镍泡沫基底在2θ角为44.30(1 1 1)、51.62(2 0 0)、75.89(2 2 0)处有较明显的衍射峰，归属于金属镍的特征峰。

样品2～样品4镍泡沫上机械剥离的自组装四氧化三钴纳米片粉末进行XRD测试，与图1仅有峰强度的差别，特征峰均一致。

样品5从镍片上机械剥离的自组装四氧化三钴纳米片粉末进行XRD测试，剥离的自组装四氧化三钴纳米片粉末与图1中剥离的自组装四氧化三钴纳米片粉末仅有峰强度的差别，特征峰均一致。

样品6从镍泡沫上机械剥离的自组装四氧化三钴纳米片粉末进行XRD测试，与图1仅有峰强度的差别，特征峰均一致。

样品7从碳纤维布上机械剥离的自组装四氧化三钴纳米片粉末进行XRD测试，剥离的自组装四氧化三钴纳米片粉末与图1中剥离的自组装四氧化三钴纳米片粉末仅有峰强度的差别，特征峰均一致。

实施例9

将样品1～样品7进行SEM和TEM测试。图2为实施例1得到的镍泡沫上原位生长的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂的扫描电镜图，由图可见催化剂的微观结构为纳米片状。图3为本实例得到的镍泡沫上原位生长的整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂的透射电镜图，从图中可知，该催化剂微观形貌为纳米片状，两组晶格间距0.4651nm和0.2472nm分别对用四氧化三钴的(1 1 1)和(3 1 1)面，这与SEM及XRD测试结果一致。图2和图3显示，所述四氧化三钴纳米片的厚度为100～600nm；长度为1000～4000nm。

样品2～样品4的SEM图和TEM图与样品1相似，仅有纳米片尺寸、厚度和数量的区别。

样品5的SEM图和TEM图与样品1相似，仅有基底的区别与纳米片数量的区别。

样品6的SEM图和TEM图与样品1相似，仅有纳米片尺寸的区别。

样品7的SEM图和TEM图与样品1相似，仅有基底的区别与纳米片尺寸的区别。

实施例10

将样品1～样品7及基底进行X光电子能谱测试。图4为实施例1中样品1及镍泡沫基底的X光电子能谱图，结果表明，钴元素以二价和四价的形式存在于整体式自组装纳米片催化剂中。

实施例11

工作电极制备：将样品1～样品7和纯镍泡沫通过不锈钢电极夹固定制备成工作电极。

对电极：将石墨棒、铂片、铂丝、铂网或其他惰性导电材料直接作为对电极。

两电极电解槽组装：工作电极作为阳极，对电极作为阴极，汞/氧化汞电极作为参比电极，固定在聚四氟乙烯塞中，并固定在50mL反应器上。三电解电解槽的装置示意图如图5所示，包括阳极，阴极，电源和电解液。

在常温、常压条件下，利用组装的两电极电解槽，分别以氢氧化钾水溶液、含有100mM HMF的氢氧化钾水溶液(氢氧化钾的浓度为1M)作为电解液，进行电催化性能测试。两电极电解槽中，施加电压1.45V，整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂作为阳极催化剂，电解水析氧性能较好，用于电催化5-羟甲基糠醛(HMF)氧化制备2,5-呋喃二甲酸(FDCA)，催化效率高，稳定性好，能耐受高浓度HMF进料。典型的结果如图6所示，图6为采用实施例1制备的样品整体式自组装四氧化三钴纳米片催化剂同时作为阴极催化剂和阳极催化剂组装成两电极对称电解槽电催化100mM HMF氧化制备FDCA，在HMF完全转化的同时获得了高达98％的FDCA收率。

其它样品作为阳极催化剂，均能达到相似的催化效果。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种电解催化氧化的装置，其特征在于，包括：

阴极、阳极、电解液和电源；

所述阳极为整体式电极；

所述整体式电极包括基底和基底上的催化活性物质；

所述催化活性物质包括四氧化三钴纳米片。

2.根据权利要求1所述的电解催化氧化装置，其特征在于，所述阴极选自所述整体式电极、石墨棒、铂片、铂丝、铂网、镍片、镍箔、镍网、镍泡沫中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的电解催化氧化装置，其特征在于，所述整体式电极为所述四氧化三钴纳米片自组装原位生长于所述基底表面得到；

所述基底选自镍泡沫、镍片、碳纸、碳纤维布中的至少一种；

所述四氧化三钴纳米片的厚度为100～600nm；

所述四氧化三钴纳米片的长度为1000～4000nm。

4.一种电解催化氧化制备2,5呋喃二甲酸的方法，其特征在于，采用权利要求1至3任一项所述的电解催化氧化装置电解催化氧化电解液中的5-羟甲基糠醛制备2,5呋喃二甲酸；

所述电解液为含有5-羟甲基糠醛的水溶液。

5.根据权利要求4所述的电解催化氧化制备2,5呋喃二甲酸的方法，其特征在于，所述电解液为含有5-羟甲基糠醛的碱性水溶液；

所述含有5-羟甲基糠醛的碱性水溶液中5-羟甲基糠醛的浓度为0.001mM～1000mM；

所述含有5-羟甲基糠醛的碱性水溶液中碱的浓度为0.01～2M；

所述碱性水溶液为氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液、碳酸钾水溶液、碳酸钠水溶液中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的电解催化氧化制备2,5呋喃二甲酸的方法，其特征在于，所述电源的电压不低于1.0V。

7.根据权利要求4所述的电解催化氧化制备2,5呋喃二甲酸的方法，其特征在于，所述电源的电压为1.0～2.0V。

8.根据权利要求4所述的电解催化氧化制备2,5呋喃二甲酸的方法，其特征在于，所述整体式电极的制备方法包括以下步骤：

S100：获得含有钴源的水溶液；

S200：将基底浸没于所述水溶液中，加热反应，得到前驱体；

S300：将所述前驱体在保护气体的气氛中，高温煅烧，得到所述整体式电极。

9.根据权利要求8所述的电解催化氧化制备2,5呋喃二甲酸的方法，其特征在于，步骤S100中所述水溶液中钴源中的钴元素与水的摩尔比为1：500～1400。

10.根据权利要求8所述的电解催化氧化制备2,5呋喃二甲酸的方法，其特征在于，所述钴源选自CoCl₂·xH₂O、CoBr₂·xH₂O、CoCO₃·xH₂O、Co(NO₃)₂·xH₂O、CoSO₄·xH₂O中的至少一种；

其中，x为结晶水个数；x的取值范围为0～10；

优选地，步骤S200中所述加热反应的温度为120℃～180℃，加热反应的时间为6～24h；

优选地，步骤S300中所述保护气体选自氩气、氮气、氦气中的至少一种；

所述保护气体的流量为50mL/min～150mL/min；

步骤S300中所述高温煅烧的温度为280℃～420℃，高温煅烧的时间为0.2h～1h；

优选地，步骤S300中所述高温煅烧的条件为：以1℃/min～5℃/min的速度由室温升温至280℃～420℃，保温0.2h～1h后，以5℃/min～10℃/min的速度冷却至室温。

Images