NiCu异质结高效电催化HMF氧化制备FDCA的工艺经济性分析与工业化应用

这篇研究通过技术经济分析(TEA)指导设计了NiCu异质结电催化剂(Cu(OH)2/α-Ni(OH)2)，在安培级电流密度(1348.9 mA/cm2)下实现HMF高效氧化为FDCA（法拉第效率92%），连续运行500小时仍保持稳定，单吨FDCA生产成本低至417.5美元，为生物基聚合物PEF的工业化生产提供了经济可行的电合成方案。

　　

Highlight

通过技术经济分析(TEA)首次量化了HMF电氧化制FDCA的工业化参数：在≥120 mA/cm²电流密度和≥80%法拉第效率(FE)条件下，使用100 mM HMF原料具有经济可行性。

Materials

所有化学品直接使用未纯化：5-羟甲基糠醛(HMF, 99%)、2,5-呋喃二甲酸(FDCA, 98%)及其氧化中间体(DFF/HMFCA/FFCA)购自阿拉丁，铜盐和氢氧化钾来自Sigma-Aldrich。

Process design and techno-economic analysis

针对HMF在碱液中易降解(26 wt%/h)的问题，创新采用HMF与KOH溶液分路进料设计，最大限度缩短接触时间，避免腐殖质生成导致的产率下降和纯化困难。

Conclusion

本研究通过TEA指导构建了NiCu异质结催化剂，利用Ni³⁺/Ni²⁺快速循环实现安培级电流密度(1348.9 mA/cm²)下的HMF高效转化，连续流电解系统单程FDCA产率达92%，500小时稳定运行展现出工业化潜力。