1. 一种氮化钒基催化剂成对电合成2, 5-呋喃二甲酸和2, 5-二羟甲基四氢呋喃的方法,其特征在于所述氮化钒基催化剂为氮化钒催化剂或钯钒氮催化剂;由恒电流仪控制电压和电流,采用H型电解槽进行反应,阴极室和阳极室用双极膜隔开;在阳极室,将氮化钒催化剂涂覆在镍泡沫上作为阳极室电极,以5-羟甲基糠醛为反应底物溶解在0.1-2.0 mol/L的碱性溶液中作为阳极液;在阴极室,将钯钒氮催化剂涂覆在碳布上作为阴极室电极,以5-羟甲基糠醛为反应底物溶解在0.1-2.0 mol/L的酸性溶液中作为阴极液;在恒温水浴中在温度为25-60℃,电流为5-50 mA,槽电压为1-20 V,进行成对电合成反应,反应时间0.3-3小时,反应结束后,反应液冷却;阳极室和阴极室内的反应液分别使用有机溶剂萃取,得到有机萃取液,取有机层常压精馏分别得2, 5-呋喃二甲酸和2, 5-二羟甲基四氢呋喃,其反应方程式如下:。
2. 根据权利要求1所述的一种氮化钒基催化剂成对电合成2, 5-呋喃二甲酸和2, 5-二羟甲基四氢呋喃的方法,其特征在于阴极室和阳极室容积均为10-50 mL,优选阴极室和阳极室容积均为10-30 mL。
3. 根据权利要求1所述的一种氮化钒基催化剂成对电合成2, 5-呋喃二甲酸和2, 5-二羟甲基四氢呋喃的方法,其特征在于阴极液的体积用量以5-羟甲基糠醛物质的量计为5-
50 mmol/L,优选为10-20 mmol/L;阳极液的体积用量以5-羟甲基糠醛物质的量计为5-50 mmol/L,优选为10-20 mmol/L。
4. 根据权利要求1所述的一种氮化钒基催化剂成对电合成2, 5-呋喃二甲酸和2, 5-二羟甲基四氢呋喃的方法,其特征在于碱性溶液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化镁溶液或氢氧化钙溶液,优选氢氧化钾溶液,其浓度为0.1-1.0 mol/L。
5. 根据权利要求1所述的一种氮化钒基催化剂成对电合成2, 5-呋喃二甲酸和2, 5-二羟甲基四氢呋喃的方法,其特征在于酸性溶液为高氯酸溶液、硫酸溶液,硝酸溶液或盐酸溶液,优选高氯酸溶液,其浓度为0.1-1.0 mol/L。
6. 根据权利要求1所述的一种氮化钒基催化剂成对电合成2, 5-呋喃二甲酸和2, 5-二羟甲基四氢呋喃的方法,其特征在于进行成对电合成反应时,电流为10-30 mA,槽电压为
1-10 V,反应温度为30-50 ℃,反应时间为0.5-2小时。
7. 根据权利要求1所述的一种氮化钒基催化剂成对电合成2, 5-呋喃二甲酸和2, 5-二羟甲基四氢呋喃的方法,其特征在于阳极室和阴极室内的反应液萃取用有机溶剂各自独立地选自甲苯、二氯甲烷、氯仿或乙酸乙酯。
8. 根据权利要求1所述的一种氮化钒基催化剂成对电合成2, 5-呋喃二甲酸和2, 5-二羟甲基四氢呋喃的方法,其特征在于所述钯钒氮催化剂由非贵金属氮化钒和负载在氮化钒上的贵金属钯组成,贵金属钯的负载量以氮化钒的质量计为1-10 wt%。
9. 根据权利要求1所述的一种氮化钒基催化剂成对电合成2, 5-呋喃二甲酸和2, 5-二羟甲基四氢呋喃的方法,其特征在于所述氮化钒催化剂的制备方法包括如下步骤:
1)按投料比,取非贵金属钒盐溶于30-50 mL水中,在室温下搅拌10-30 min,称为A溶液,非贵金属钒盐为偏钒酸铵、正钒酸钠、偏钒酸钠或偏钒酸钾,优选为偏钒酸铵;
2)将酸溶解在水中配成浓度为0.5-3 mol/L酸性溶液,称为B溶液,所述酸为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸或高氯酸,优选为盐酸,酸的浓度优选为1-2 mol/L;
3)将取1-3 mL步骤2)得到的B溶液滴加到步骤1)得到的A溶液中,常温搅拌10-30 min,至溶液由无色变为透明黄色,称为C溶液;
4)将还原剂溶解在水中配成浓度为0.5-8 mol/L的还原剂溶液,称为D溶液,所述还原剂为水合肼、硼氢化钠或硼氢化钾,优选为水合肼,还原剂的浓度优选5-8 mol/L;
5)将取1-8 mL 步骤4)所得D溶液滴加到步骤3)得到的C溶液中,常温搅拌10-30 min,至溶液由透明黄色变为灰褐色,得到前驱体溶液;
6)将步骤5)中的前驱体溶液加入水热釜中于120-180℃下水热反应5-12 h,反应结束后冷却至室温并抽滤,滤渣用蒸馏水洗涤,再在60℃下真空干燥得到催化剂;
7)将步骤6)中干燥后的催化剂置于管式炉内,在氨气下焙烧,焙烧温度为400-800℃,焙烧时间为1-3 h,焙烧结束后即得到所述的氮化钒催化剂,记为VN催化剂;
所述钯钒氮催化剂的制备方法为:将上述步骤7)焙烧后的VN催化剂与钯金属盐混合,研磨均匀后,置于管式炉内热解还原,在不同气氛下热解,热解温度为200-400℃,热解时间为0.5-5 h,热解结束后即得到所述的钯钒氮催化剂,记为Pd/VN催化剂。
10. 根据权利要求9所述的一种氮化钒基催化剂成对电合成2, 5-呋喃二甲酸和2, 5-二羟甲基四氢呋喃的方法,其特征在于,钯金属盐为乙酰丙酮钯、氯化钯、醋酸钯、氯钯酸钾、硝酸钯或硫酸钯,优选为乙酰丙酮钯;热解中的气氛为氮气、氩气、氦气或空气。