[发明专利]一种无可溶性碱催化葡萄糖脱氢氧化制备葡萄糖酸的方法

说明书

本发明公开了一种无可溶性碱催化葡萄糖脱氢氧化制备葡萄糖酸的方法，属于生物质催化转化技术领域。即以担载Pt的固体超强碱为催化剂，在室温常压下将葡萄糖转化为葡萄糖酸与氢气，氢气收率在69mol％以上。该反应体系绿色经济环保，不需要添加可溶性碱与有机溶剂，不需要引入光和电，不需要高温、高压的条件。

技术领域

本发明属于生物质催化转化技术领域，本发明涉及一种不需要添加可溶性碱的情况下，在室温常压条件下将葡萄糖转化为葡萄糖酸和氢气的新方法。

背景技术

在对众多非常规能源的探索中，开发可再生生物质资源的绿色转化过程已成为目前研究的重点。将生物质资源转化为高附加值的化学品及燃料等，可以有效缓解环境和资源问题。葡萄糖作为自然界分布最广的一种单糖，其主要氧化产物葡萄糖酸用于制药，食品，造纸和混凝土工业。在葡萄糖氧化反应体系中通常持续加入可溶性碱维持溶液的pH以实现葡萄糖的高转化率。但在反应中加入高于化学计量的可溶性碱，反应后的金属盐与可溶性碱需再次分离。而且可溶性碱有腐蚀性，因此所用的反应容器和其他设备必须具备耐腐蚀性，使用可溶性碱需要溶剂同时溶解碱与反应物，使得溶剂的选择成为反应的限制条件。

针对葡萄糖催化氧化领域使用可溶性碱带来的一系列问题，我们成功开发了一种无可溶性碱催化葡萄糖脱氢氧化制备葡萄糖酸的新方法，使用固体碱代替可溶性碱可以使产物、催化剂和溶剂分离和回收更为简单，同时减少碱性废弃物，是符合原子经济的。固体碱是非腐蚀性的，而且不限制对溶剂的要求，本发明带来了许多新的环境友好催化反应体系。使用固体碱代替可溶性碱，属于葡萄糖氧化领域中的一个显著进步，符合绿色化学原则。

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：CN106187737A，介绍了碳负载型多元贵金属催化剂催化氧化葡萄糖制葡萄糖酸钠的方法。该专利使用Pd基催化剂在连续加入氢氧化钠以维持溶液pH的条件下将葡萄糖氧化物葡萄糖酸钠。在反应体系中加入氢氧化钠，容易腐蚀设备、需对氢氧化钠与葡萄糖酸钠进行再次分离，不符合原子经济。

中国专利，公开号：CN105837433A，介绍一种联产葡萄糖酸和羟甲基糠醛的方法该专利是利用葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶,将葡萄糖氧化制备葡萄糖酸。但酶法存在着产物和催化剂的分离比较困难与难以工业化的问题。

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。该专利在室温下，通过光催化脱氢氧化的途径，以担载贵金属的金红石相TiO2为光催化剂，将葡萄糖直接转化为阿拉伯糖、赤藓糖、甲酸和氢气。虽然未使用可溶性碱，但引入了光催化，增加了成本。

中国专利，公开号：CN103436910A，介绍一种葡萄糖酸及葡萄糖二酸的制备方法。该专利其以电催化膜为阳极,辅助电极为阴极,通过电催化将葡萄糖氧化为葡萄糖酸与葡萄糖二酸，但使用电催化增加了反应能耗，且液相中的电催化膜寿命较低。

发明内容

本发明公开了一种无可溶性碱催化葡萄糖脱氢氧化制备葡萄糖酸的方法，属于生物质催化转化技术领域。本发明旨在提供一种不添加可溶性碱的情况下，在室温常压条件下将葡萄糖转化为葡萄糖酸和氢气。

本发明的技术方案：

一种无可溶性碱催化葡萄糖脱氢氧化制备葡萄糖酸的方法，步骤如下：

在不需要添加可溶性碱的情况下，无氧条件，常温常压条件下，Pt/固体超强碱催化剂在水溶液中，葡萄糖经过催化转化为等摩尔量的氢气和葡萄糖酸；

所述的葡萄糖水溶液的浓度1-40wt％；

所述的催化剂贵金属Pt与葡萄糖的原子比为0.005-0.2。

所述的固体超强碱是MgO、La₂O₃的一种或多种作为Pt的载体，Pt金属担载量是载体的1-10wt％。