[发明专利]一种超薄多孔纳米氮化碳光催化剂的制备及其在光催化氧化果糖合成乳酸中的应用

说明书

本发明公开了一种超薄多孔纳米氮化碳光催化剂的制备及其在光催化氧化果糖合成乳酸中的应用，属于催化技术领域。所述催化剂的制备方法为：将含氮类化合物前驱体与乙酸锰水合物分散于去离子水中，再煅烧，得到结构中引入氧杂原子的Ut‑OCN材料。所述催化剂在光催化氧化果糖合成乳酸中的应用过程为：将Ut‑OCN光催化剂、果糖和碱性溶液混合，在20～80℃下可见光光照反应45～180min；过滤除去催化剂，滤液经高效液相色谱法测定乳酸含量。本发明制备催化剂的方法具有较好的普适性，所用催化剂具有催化活性高、热稳定好及可循环使用等优点，简单、高效的催化合成了乳酸，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉一种超薄多孔纳米光催化剂的制备及其在光催化氧化果糖合成乳酸中的应用，属于催化技术领域。

背景技术

随着石油等不可再生资源的日益枯竭以及环境问题的日益凸显，致使资源利用不断转向使用非化石、清洁和可再生资源。生物质作为一种重要的可再生资源，具有来源丰富、可再生及可生物降解等优点，已经成为可替代化石燃料的能源之一。木质纤维素是最丰富的天然高分子化合物，其转化和利用对解决环境问题，促进社会的可持续发展具有重要的意义。果糖作为一种重要的生物质基单糖，是葡萄糖的同分异构体，可被转化为多种生物质基高价值化学品，在生物、医药、化工及材料等领域备受青睐。因此，果糖的高效利用和转化对木质纤维原料生物炼制工业化生产体系的经济效益和商业化生产具有重要的影响。

乳酸(LA)是一种重要的羧酸，可由不同的生物质基材料转化而得。作为一种多功能平台化学品，乳酸在食品、制药、医疗和化妆品等领域具有广泛的应用前景。目前，乳酸主要由糖类经酶水解得到。但酶催化水解反应制备乳酸具有反应速率慢、产率低、能耗高及产物提纯困难等难题。因此，发展一种高效、环保的方法合成乳酸具有重要的意义。

目前，乳酸的合成方法主要包括生物法与化学法。在生物法中，乳酸主要通过碳水化合物的酶水解制备得到，但该方法存在一定的局限，如酶解反应速率慢、产率低、能耗高、产物纯化困难等。化学法合成乳酸得到的产品纯度高、色泽洁白、耐热性好，而且不含糖分杂质，特别适宜于制造优质的面包添加剂。但是，目前化学法合成乳酸所需的反应温度较高，在一定程度上限制了乳酸的应用。因此，发展一种高效、环保的方法合成乳酸已经成为人们努力探索的主要目标之一。目前，光催化技术因其无毒、安全、稳定性好、催化活性高、见效快、能耗低、可重复使用等优点被广泛用于二氧化碳还原、氮还原、光解水以及有机物的降解等领域。将光催化技术应用于乳酸的合成将会开辟一条崭新的合成乳酸的途径。

发明内容

本发明的目的在于针对现有乳酸合成的不足，提供一种利用新型、高效的超薄多孔纳米氮化碳(CN)光催化剂的制备方法及其在光催化氧化果糖合成乳酸中的应用。本发明以含氮类化合物前驱体与乙酸锰水合物为反应物，通过混合-煅烧-研磨方法制备得到Ut-OCN光催化剂，其制备方法简单。再以Ut-OCN为光催化剂，通过光照反应将果糖氧化合成乳酸。本发明的合成方法简单易控、成本低、“绿色”无污染。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于光催化氧化果糖合成乳酸的超薄多孔纳米氮化碳(CN)光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将含氮类化合物前驱体与乙酸锰水合物分散于去离子水中；其中，所述含氮类化合物前驱体与乙酸锰水合物的质量比为5.0～10.0：0.5～1.0；

(2)将步骤(1)中得到的混合物在温度400～600℃下煅烧2～6h，得到结构中引入氧杂原子的超薄多孔纳米(Ut-OCN)光催化剂。

根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(1)中，所述含氮类化合物前驱体为三聚氰胺、尿素、硫脲、二氰二胺等。

根据上述的技术方案，优选的情况下，步骤(1)中，所述含氮类化合物前驱体与乙酸锰水合物的质量比为10.0：1.0。