[发明专利]一种利用微通道反应装置连续制备2,5-呋喃二甲酸的方法

说明书

本发明公开了一种利用微通道反应装置连续制备2,5‑呋喃二甲酸的方法，包括如下步骤：将5‑羟甲基糠醛与2,2,6,6‑四甲基哌啶‑N‑氧化物溶解在水中并滴加醋酸制成均相溶液A；将溴化钠、亚氯酸钠溶解在水中制成均相溶液B；将氢氧化钠溶解在水中制成均相溶液C；均相溶液A和B分别同时泵入第一微混合器，通入第一微反应器；同时，将均相溶液C和第一微反应器流出液分别同时泵入第二微混合器，通入第二微反应装置，收集流出液，得到产物。本发明使用亚氯酸钠作为氧化剂，具有氧化剂价格便宜，反应温度适中，收率较高、目标产物选择性较好等优点。同时，本发明方法操作简单、成本低，能连续不间断生产，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于化工合成领域，具体涉及一种利用微通道反应装置连续制备2,5-呋喃二甲酸的方法。

背景技术

随着环境污染的日益严重和化石燃料储量的递减，寻找绿色可再生资源代替化石资源已经成为人类关注的焦点。生物质是一种来源广泛、污染性低的可再生能源。从生物质出发制备新型平台化合物来代替化石资源产物已引起越来越多的关注。5-羟甲基糖醛(5-HMF)是一种由生物质转化制备的具有广泛应用的平台化合物，催化氧化5-HMF可制备2,5-呋喃二甲酸(FDCA)等具有高附加价值的化合物。这样一来，就不需要从石油中获得原料，充分利用丰富的生物质资源，降低对化石资源的消耗。

2,5-呋喃二甲酸(FDCA)与石油基大宗化学品对苯二甲酸结构相似，可以替代对苯二甲酸用于制造聚酯、聚酰胺类材料，市场潜在规模可达每年百万吨级。此外，FDCA在农药和医药方面也有着广泛应用：可应用于药理学的研究，它的二乙基酯具有与可卡因类似麻醉作用；2,5-呋喃二甲酸钙可以抑制巨大芽孢杆菌的生长。2004年，美国能源部(DOE)将FDCA列为可通过以生物质为原料制备的最具价值、最有希望替代石化产业中基础化学品的十二个平台化学品之一。2012年，国际能源署(IEA)将FDCA列为生物基来源的C6平台化合物。

目前，5-HMF氧化合成2,5-呋喃二甲酸的反应主要有氧化剂直接氧化和贵金属催化氧化两种：

(1)5-羟甲基糠醛的直接氧化：Toshinari以二甘醇二甲醚作为溶剂，用60％的硝酸氧化5-HMF，可以得到39％的2,5-呋喃二甲醛、52％的5-醛基-2-呋喃甲酸、9％的2,5-呋喃二甲酸。这种方法所得产物复杂，分离困难。

专利CN 109438399 A公开了一种选择性氧化5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲酰基呋喃的方法，该专利存在的问题：反应工艺效率低；使用硝酸盐为催化剂，易造成金属残留，不易去除；不易进行工艺放大；使用冰乙酸为溶剂，成本较高的问题

(2)贵金属催化氧化5-HMF：Casanova在碱性溶液下，在65℃，10bar的氧气压力，利用Au-CeO2或Au-TiO2催化剂氧化HMF生成2,5-呋喃二甲酸，最高得率可以达到99％。Komuro在碳酸氢钠的二甲基亚砜溶液中，80℃，反应时间为20h，利用Pd(OAc)2催化氧化HMF生成2,5-呋喃二甲酸，最高得率可以达到62％。这种方法的溶剂为高沸点有机溶剂，有利于回收利用，但反应的选择性差，副产物多，反应时间长。

直接氧化和贵金属催化氧化的反应方法特点对比：直接氧化的反应原料便宜，反应时间断，但一般选择性差，副产物多，产物难于分离。而贵金属催化氧化的反应选择性很强，但催化剂成本高，同时反应时间要数个小时，不利于节能减排。因此，探索低成本，少能耗，高效率的制备方法是必然的趋势，为达到这样的目的，研究微通道反应器连续制备2,5-呋喃二甲酸的方法具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用微通道反应装置连续制备2,5-呋喃二甲酸的方法，以解决现有技术存在的对反应器的设计要求高，选择性不好，能耗大等问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种利用微通道反应装置连续制备2,5-呋喃二甲酸的方法，其特征在于包括如下步骤：