Continuous electrochemical oxidation of biomass derived 5-(hydroxymethyl)furfural into 2,5-furandicarboxylic acid

糠醛 电化学 电解 化学 循环伏安法 连续反应器 有机化学 本体电解 水溶液 无机化学 材料科学 催化作用 化学工程 电解质 电极 工程类 物理化学
作者
Roman Latsuzbaia,R.J.M. Bisselink,A. Anastasopol,H. van der Meer,R. van Heck,M. Segurola Yagüe,Martin Zijlstra,M. Roelands,Marc Crockatt,Earl Goetheer,Erwin Giling
出处
期刊:Journal of Applied Electrochemistry [Springer Science+Business Media]
卷期号:48 (6): 611-626 被引量:153
标识
DOI:10.1007/s10800-018-1157-7
摘要

A continuous electrochemical process with integrated product separation has been developed for production of 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) by oxidation of 5-(hydroxymethyl)furfural (HMF) in aqueous alkaline media on non-noble Ni/NiOOH foam electrodes at ambient conditions. Initially, voltammetry studies were performed in both, acid and alkaline media, on various catalyst materials: Au, Au3Pd2, Pt, PbO2, Ni/NiOOH and graphite. Preparative electrolysis was performed on Au, Au3Pd2, Pt, PbO2, Ni/NiOOH electrodes in a divided glass cell and Ni/NiOOH showed the best performance with an FDCA yield of ≈ 90% and a Faradaic efficiency of ≈ 80%. The electrolysis conditions were then optimized to industrially relevant conditions in a filter-press type flow reactor with Ni/NiOOH foam anode. HMF concentrations as high as 10 wt% were converted to FDCA at pH 12 in a buffer free 0.1 M Na2SO4 electrolyte with continuous addition of NaOH to maintain constant pH. An FDCA separation yield up to 95% was achieved via pH shift crystallization. The electrolysis and FDCA separation results were used for the design and construction of a bench-scale system where continuous FDCA production, including integrated product separation, was tested and reported in this work. This publication for the first time presents a continuous electrochemical FDCA production system with integrated product separation at industrially relevant product concentrations, 10 wt% HMF, and utilizing non-noble electrode materials.
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