[发明专利]一种温和条件下葡萄糖催化脱氢制葡萄糖酸/葡萄糖酸盐和氢气的方法

说明书

本发明公开了一种温和条件下葡萄糖催化脱氢制葡萄糖酸/葡萄糖酸盐和氢气的方法，属于生物质催化转化技术领域。本发明提供了一种葡萄糖催化脱氢氧化制备高附加值化学品的新途径，以负载型金属催化剂为催化剂，在室温常压下，通过催化脱氢氧化将葡萄糖直接转化为葡萄糖酸/盐和氢气。利用该方法制备的氢气收率可达89mo1％以上。该反应条件温和，不需要氧化剂及引入光和电，不需要高温、高压的条件。该催化剂具有优异的催化性能及良好的催化剂寿命，且具有良好的经济效益及工业应用前景。

技术领域

本发明属于生物质催化转化技术领域，本发明涉及一种以葡萄糖为原料制备葡萄糖酸/盐和氢气的新方法。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭、温室效应的加重，探索和发展可再生能源的利用迫在眉睫。在对众多非常规能源的探索中，生物质的转化不仅可以缓解化石能源能源短缺所带来的瓶颈，同时也可以减轻化石资源引发的环境问题。在过去十年中，生物质能源的开发、转化与利用已经成为大量研究工作的主题。葡萄糖是具有代表性的生物质基本结构单元和模型化合物，是自然界分布最广的一种重要单糖物质。以葡萄糖为研究对象,研究其转化机理与特性，对生物质资源的利用具有重要意义降。葡萄糖通过其脱氢氧化路径将其转化为高附加值产品具有十分重要的现实意义。

葡萄糖酸/盐用于医药领域，具有调节机体酸碱平衡的功能。用于食品添加剂、水质稳定剂等方面，具有协调效应的作用，且适用于磷、硅、钨、亚硝酸盐等成分，有明显缓蚀效果，其缓蚀率随温度升高而增加。葡萄糖酸/盐对钙、镁、铁盐有较强的络合能力，对Fe³⁺有很好的螯合作用。葡萄糖酸钠作为循环冷却水缓蚀阻垢剂，效果明显，且具有无公害的优势。基于上述优点，葡萄糖酸/盐用于玻璃瓶清洗剂，能够明显改善常规清洗剂去垢能力不强、微量残留物磷酸盐等危害食用安全、洗涤水排污等问题。氢气是未来的理想能源，它具有以下特点：(1)氢气的质量能量密度高。除了核燃料以外，氢气的质量能量密度是所有燃料中最高的。(2)氢气是最洁净的能源。數气在燃烧过程中的产物只有水，没有煤炭等化石能源燃烧时候排放的温室气体、氮氧化物气体等。(3)氢气的可储存性较好，相比于传统的电能和热能，氢气能够大规模储存。由于氢气具有以上优点，合理制取氢气作为能源成为国内外研究热点之一。针对葡萄糖催化转化生产高附加值化学品的问题，我们成功开发了纳米贵金属催化剂用于葡萄糖脱氢氧化反应，在常温常压条件下生生两种高附加值产品：葡萄糖酸/盐和氢气。其中葡萄糖酸/盐为液相产物，氢气为气相产物，可直接分离，避免产生分离能耗。

对于葡萄糖转化生产高附加值化学品的方法，都存在一些不足：

中国专利，公开号：CN103570772A，介绍一种葡萄糖光催化制高附加值化学品的方法。即以担载贵金属的金红石相TiO₂为光催化剂,在室温下,通过光催化脱氢氧化的途径，将葡萄糖直接转化为阿拉伯糖、赤藓糖和氢气。其产品含有副产物甲酸难以分离，且主产物收率偏低。

中国专利，公开号：CN102971074A，介绍一种铂-金双金属催化剂催化葡萄糖生成葡萄糖二酸的方法。使用浸渍法制备了铂-金双金属催化剂在高温高压下将葡萄糖转化为葡萄糖二酸。其反应条件比较苛刻，并且产物选择性偏低。

中国专利，公开号：CN106337067A，介绍一种酶法发酵生产葡萄糖酸钠的方法。该专利是在温和条件下以过氧化氢酶和葡萄糖氧化酶作为催化剂将葡萄糖氧化为葡萄糖酸/盐。但存在着产物和催化剂的分离比较困难，反应后产生大量的废水，污染环境的问题。

中国专利，公开号：CN103436910A，介绍一种葡萄糖氧化电催化剂及其制备方法。制备了纯相的Cu₄V_2.15O_9.38具有优异的葡萄糖氧化的电催化性能。但能耗较大，且工艺繁琐。

中国专利，公开号：CN102259024A，介绍一种用于葡萄糖氧化的纳米金催化剂及制备和使用方法。该专利使用了纳米金催化剂在60℃，pH＝9.5，氧气流量39mL/min条件下生成葡萄糖酸钠。存在着产品单一，且氧气浪费严重的问题。