本發明屬于化工領域，具體是一種5-羥甲基糠醛光催化制備2,5-呋喃二甲酸的方法。
背景技術：
目前，隨著化石燃料的消耗，尋找可再生和具有可持續發展的燃料和化學品的替代品已經成為研究重點。化學工業已經將他們的關注焦點集中在生產工藝之中，采用具有環境友好型的生物質資源。生物質資源具有價格低廉，儲量豐富，可再生等優點。木質素、纖維素、半纖維素等可再生物質，資源豐富。利用它們可以轉化制備平臺化合物5-羥甲基糠醛。5-羥甲基糠醛是重要的精細化工原料，可以通過氧化、氫化和縮合等反應制備多種衍生物。
2,5-呋喃二甲酸是國際上公認的12大具有潛在價值的基礎化合物之一，是5-羥甲基糠醛氧化形成的衍生物之一。2,5-呋喃二甲酸可用于合成多種精細化學品和呋喃基聚合物，在合成纖維和聚酯中具有重要的潛在應用價值。
傳統5-羥甲基糠醛氧化，采用具有強氧化性的試劑，如鉻酸鹽、重鉻酸鹽、高錳酸鹽等，采用計量氧化法，這些氧化試劑具有環境污染、存在毒性的缺點。目前，5-羥甲基糠醛氧化制備2,5-呋喃二甲酸的研究主要集中于貴金屬氧化，如金、鈀、鉑等貴金屬復合材料作催化劑，以分子氧或過氧化氫為氧化劑，存在催化劑價格昂貴、成本高的問題。近些年來有報道采用銅作為催化劑，以分子氧或過氧化氫為氧化劑，盡管解決了成本問題，但是產物選擇性相對較低。申請號201510395096.0公開了以鉬酸季銨鹽和鎢酸季銨鹽為催化劑，氧氣、雙氧水或者空氣為氧化劑，在堿性環境下加熱到80-120℃，對5-羥甲基糠醛進行選擇性氧化。該制備方法環境友好、選擇性和收率高、成本降低，但氧化劑成本較高，主要為氧氣瓶灌裝氧氣或雙氧水。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種5-羥甲基糠醛光催化制備2,5-呋喃二甲酸的方法。以5-羥甲基糠醛為原料，利用光觸媒催化劑，以水為溶劑，在光照下，以光催化分解水產生的氧氣或過氧化氫為氧化劑，對5-羥甲基糠醛進行選擇性氧化制備2,5-呋喃二甲酸。反應體系環境友好，綠色無污染；在低溫下就能實現2,5-呋喃二甲酸的高效、選擇性合成，5-羥甲基糠醛的轉化率達到90％以上。
本發明解決所述技術問題的技術方案是，提供一種5-羥甲基糠醛光催化制備2,5-呋喃二甲酸的方法，其特征在于該方法以5-羥甲基糠醛為原料，以水為溶劑，利用光觸媒催化劑，在光照條件下，反應時間為1-12h，反應溫度為25-120℃，以光催化分解水產生的氧氣或過氧化氫為氧化劑，對5-羥甲基糠醛進行選擇性氧化制備2,5-呋喃二甲酸；
5-羥甲基糠醛：光觸媒催化劑：溶劑的質量比＝100:1-50:500-5000；
所述光觸媒催化劑為TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2、C3N4、TiO2/石墨烯、ZnO/石墨烯、CdS/石墨烯、WO3/石墨烯、Fe2O3/石墨烯、PbS/石墨烯、SnO2/石墨烯、ZnS/石墨烯、SrTiO3/石墨烯、SiO2/石墨烯、C3N4/石墨烯或石墨烯中的至少一種。
與現有技術相比，本發明有益效果在于：
(1)采用可見光、紫外光或者紅外光進行光催化氧化反應，取代了傳統的熱催化反應，節約了能源。
(2)采用廉價且資源豐富的光觸媒催化劑代替了傳統的貴金屬催化劑，大大降低了成本。光觸媒催化劑可以多次重復使用。重復使用20次以后，催化性能基本不變。
(3)在光觸媒催化劑的催化下，可見、紫外、紅外光可以催化水產生氧氣或過氧化氫，進而進行選擇性氧化5-羥甲基糠醛制備2,5-呋喃二甲酸，節約能源，環境友好，綠色無污染。
(4)在光照下就能獲得2,5-呋喃二甲酸的高收率和高選擇性。5-羥甲基糠醛的轉化率達到90％以上，甚至完全轉化，選擇性接近100％。尤其是WO3/石墨烯、PbS/石墨烯、TiO2/石墨烯、C3N4/石墨烯催化劑光催化選擇性氧化效果更為明顯，經檢測，5-羥甲基糠醛的轉化率達到98％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在95％。
具體實施方式
下面給出本發明的具體實施例。具體實施例僅用于進一步詳細說明本發明，不限制本申請權利要求的保護范圍。
本發明提供了一種5-羥甲基糠醛光催化制備2,5-呋喃二甲酸的方法，其特征在于以5-羥甲基糠醛為原料，以水為溶劑，利用光觸媒催化劑，在光照條件下，反應時間為1-12h，優選反應時間為3-6h，反應溫度為25-120℃，優選反應溫度60-90℃，以光催化分解水產生的氧氣或過氧化氫為氧化劑，對5-羥甲基糠醛進行選擇性氧化制備2,5-呋喃二甲酸；
所述5-羥甲基糠醛：光觸媒催化劑：溶劑的質量比＝100:1-50:500-5000；
所述光觸媒催化劑為TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2、C3N4、TiO2/石墨烯、ZnO/石墨烯、CdS/石墨烯、WO3/石墨烯、Fe2O3/石墨烯、PbS/石墨烯、SnO2/石墨烯、ZnS/石墨烯、SrTiO3/石墨烯、SiO2/石墨烯、C3N4/石墨烯或石墨烯中的至少一種；
所述光照條件采用可見光、紫外光或紅外光照射。
實施例1
將1.134g 5-羥甲基糠醛、0.113g TiO2催化劑和20ml水在磁力攪拌下加熱到88℃，紫外光照射5h反應完畢。經檢測，5-羥甲基糠醛的轉化率達到95％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性達到96％。
實施例2
將1.134g 5-羥甲基糠醛、0.113g CdS催化劑和20ml水在磁力攪拌下加熱98℃，可見光照射3h反應完畢。經檢測，5-羥甲基糠醛的轉化率達到89％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在96％。
實施例3
將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113g C3N4催化劑在磁力攪拌下加熱到65℃，紫外光照射1h反應完畢。經檢測，5-羥甲基糠醛的轉化率達到97％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在99％。
實施例4
將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113g Fe2O3催化劑在磁力攪拌下加熱到85℃，紫外光照射2h反應完畢。經檢測，5-羥甲基糠醛的轉化率達到96％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在98％。
實施例5
將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113g SrTiO3催化劑在磁力攪拌下加熱到72℃，紫外光照射2h候后反應完畢。經檢測，5-羥甲基糠醛的轉化率達到95％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在98％。
實施例6
將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113g負載TiO2的石墨烯(TiO2/石墨烯)催化劑在磁力攪拌下加熱到65℃，紫外光照射2h候后反應完畢。經檢測，5-羥甲基糠醛的轉化率達到93％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在95％。
實施例7
將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113gSiO2/石墨烯催化劑在磁力攪拌下加熱到98℃，紅外光照射5h候后反應完畢。經檢測，5-羥甲基糠醛的轉化率達到88％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在85％。
實施例8
將1.134g 5-羥甲基糠醛、30ml水和0.120g石墨烯催化劑在磁力攪拌下加熱到98℃，紫外光照射4h候后反應完畢。經檢測，5-羥甲基糠醛的轉化率達到83％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在93％。
實施例9
將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113g WO3/石墨烯催化劑在磁力攪拌下加熱到90℃，紫外光照射2h候后反應完畢。經檢測，5-羥甲基糠醛的轉化率達到98％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在95％。
實施例10
將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113gPbS/石墨烯催化劑，在磁力攪拌下加熱到90℃，紫外光照射1h候后反應完畢。經檢測，5-羥甲基糠醛的轉化率達到98％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在95％。
實施例11
將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113g C3N4/石墨烯催化劑在磁力攪拌下加熱到90℃，紫外光照射2h候后反應完畢。經檢測，5-羥甲基糠醛的轉化率達到98％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在95％。
實施例12
將1.134g 5-羥甲基糠醛、20ml水和0.113g TiO2/石墨烯催化劑在磁力攪拌下加熱到90℃，紫外光照射2h候后反應完畢。經檢測，5-羥甲基糠醛的轉化率達到98％，2,5-呋喃二甲酸的選擇性在95％。
本發明未述及之處適用于現有技術。