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为解决 5 - 羟甲基糠醛（HMF）转化为 2,5 - 呋喃二甲酸（FDCA）过程中的难题，研究人员开展 HMF 在不同碱性化合物作用下的氧化及分离研究。结果显示碱性化合物影响 HMF 降解和 FDCA 产率，还评估了两种 FDCA 分离方法，为优化反应提供依据。
在当今追求可持续发展的时代，生物质资源化利用成为了科研领域的热门话题。5 - 羟甲基糠醛（HMF）作为一种源自生物质的平台分子，能够转化为 2,5 - 呋喃二甲酸（FDCA）。FDCA 可用于制造生物基聚合物，如聚呋喃二甲酸乙二酯（PEF） ，有望替代石化产品，减少对化石资源的依赖，推动循环经济发展。然而，HMF 氧化为 FDCA 的过程困难重重。一方面，反应过程中容易发生副反应，导致过度氧化或产生不需要的副产物，这就要求催化剂具备高选择性，避免生成部分氧化产物，同时还要保证对 HMF 氧化为 FDCA 有高活性。另一方面，大多数单金属催化剂，尤其是基于铂或金等贵金属的催化剂，在反应过程中容易因碳质沉积物（焦炭）的形成或金属物种的溶解而失活。而且，在有水或氧气存在的情况下，催化剂还得抵抗腐蚀，长期保持活性。此外，反应条件如温度、压力、溶剂以及碱的类型等，对催化剂性能和 HMF 转化为 FDCA 的效率影响巨大，但这些条件之间的相互作用以及它们与催化剂活性位点的关系却很复杂，尚未得到充分研究。
为了攻克这些难题，来自国外（文中提及由巴斯克地区大学（University of the Basque Country, UPV/EHU） 、巴斯克政府（Basque Government）和西班牙经济、工业和竞争力部（Spanish Ministry of Economy, Industry and Competitiveness）支持研究，可推测研究人员来自国外相关机构）的研究人员展开了深入研究。他们使用 9Pt-3Bi/C 催化剂，探究不同碱性化合物（KOH、NaOH、Na2CO3和 NaHCO3）对 HMF 氧化和 FDCA 分离的影响。研究结果意义重大，不仅为优化 HMF 转化反应条件提供了有价值的参考，还为提高 FDCA 回收工艺提供了新的思路，相关研究成果发表在《Catalysis Today》上。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：首先，通过高效液相色谱（HPLC）对反应过程中的化合物进行检测分析，以此确定 HMF 的降解情况以及反应产物；其次，进行对比实验，设置含有不同碱性化合物的实验组以及对照组（仅含 HMF/H2O 的样本），观察不同条件下 HMF 的稳定性和反应结果。
1. HMF 在不同碱性化合物存在下的降解
研究人员按照特定程序准备了含有 HMF/H2O（标记为 HMF?）或 HMF?/ 碱性化合物（KOH、NaOH、Na2CO3和 NaHCO3）的样品瓶。将每组中的一个样品瓶置于冰箱中 24 小时后发现，在没有碱性化合物存在的 HMF?样品瓶中，HMF 没有发生转化，这表明在无碱性物质时 HMF 在低温储存下是稳定的。而含有 HMF?/KOH 的样品瓶中 HMF 的转化率最高，达到了 41.7% ；HMF?/NaOH 样品瓶中的转化率为 12.1%。由此可知，不同碱性化合物的存在对 HMF 的稳定性和降解途径有显著影响，强碱（如 KOH 和 NaOH）能显著加速 HMF 的降解，即使在低温储存条件下也是如此；而较弱的碱（如 Na2CO3和 NaHCO3）虽然也能促进一定程度的转化，但效果不如强碱明显。
2. 不同碱性条件下 HMF 有氧氧化为 FDCA
研究人员使用 Pt-Bi/C 催化剂，评估了在不同碱性条件下 HMF 有氧氧化为 FDCA 的情况。结果表明，碱性化合物的类型和强度对 FDCA 的产率有很大影响。其中，像 Na2CO3这样的中等强度碱能够提供最高的 FDCA 产率，可达 99.3%。这说明选择合适的碱性化合物对于提高 FDCA 的产率至关重要，为后续优化反应条件提供了关键依据。
3. 反应后添加碱性化合物的作用
研究还考察了反应后添加碱性化合物的情况，发现这一步对于溶解 FDCA 至关重要。因为在酸性条件下，FDCA 可能会以固体形式沉淀出来，而添加碱性化合物可以使 FDCA 溶解，便于后续的处理和回收。这一发现为 FDCA 的分离和回收工艺提供了重要的理论支持。
4. FDCA 的分离和回收方法评估
研究人员评估了两种 FDCA 分离和回收的方法：用 HCl 沉淀法和用异丙醇溶解法。实验证明这两种方法都有效。HCl 沉淀法能够得到结晶态的 FDCA，而异丙醇溶解法是一种更环保的选择。这为实际生产中选择合适的 FDCA 分离回收方法提供了参考。
综合来看，该研究通过一系列实验，揭示了不同碱性化合物在 HMF 氧化和 FDCA 分离过程中的重要作用。研究结论表明，碱性化合物显著影响 HMF 的稳定性、降解途径以及 FDCA 的产率，同时确定了两种有效的 FDCA 分离回收方法。这些发现对于优化 HMF 转化为 FDCA 的反应条件，提高 FDCA 的生产效率和回收率具有重要意义，有助于推动生物基化学品的工业化生产，促进循环经济发展，为减少对化石资源的依赖提供了可行的技术路径。在未来的研究中，可以进一步深入探讨碱性化合物与催化剂之间的相互作用机制，以及如何将这些研究成果更好地应用于大规模工业生产，从而实现生物质资源的高效利用和可持续发展。
