通过电催化生物质衍生的5-羟甲基糠醛（HMF）氧化绿色合成FDCA以有大量研究成果发表，但大部分研究局限于实验室规模，忽视了放大过程中的挑战，存在物质传递效率低、析氧副反应多、产物选择性低等问题，导致电流密度低、FDCA浓度低、生产速率低，成为规模化HMF电氧化的技术瓶颈。

北京化工大学邵明飞、周华团队和清华大学段昊泓团队合作突破了生物基塑料单体FDCA电合成技术，开发出20kW的电解水制氢耦合氧化装置（中试规模），运行功率达4.3kW，FDCA产能达33KG/天。

相关成果以“Selective electrooxidation of 5-hydroxymethylfurfural at pilot scale by engineering a solid polymer electrolyte reactor”为题，发表在《NatureCatalysis》（IF 44.6）期刊上。

该团队的技术突破在于：

提出SPE反应器设计：以离子交换膜为聚合物电解质，降低内阻，减少浓差驱动的物质跨膜传输；通过多孔传输层和流场结构设计，强化对流传质；集成冷却设计，强化传热，调控非电化学反应动力学。构建了电极面积200cm²的单模块SPE反应器，在100A（0.5A/cm²）下，可连续稳定运行140h以上。

系统探究传质影响：系统探究了HMF浓度对促进扩散和对流传质的重要性，抑制阳极析氧反应过程；聚合物电解质的反应器结构设计抑制了有机物分子的跨膜扩散和水分子渗透；采用单程反应模式，实现了高浓度HMF（1.4M）选择性转化为FDCA，更适合工业生产要求。

构建模块化电化学平台：突破了千瓦级反应规模，运行功率达4.3kW，证明了反应器数量放大和电极面积扩大两种策略用于HMF规模扩大的可行性。技术经济可行性分析表明，该FDCA电合成工艺相较于热化学工艺具有一定优势，且合成的FDCA可用于下游聚合物合成。

项目组设计构建了20kW的电解水制氢耦合氧化装置，相关技术已通过中国石油和化学工业联合会的成果评价，鉴定为国际领先。同时，还研发高效的电合成反应器用于催化剂的评价，为其他高校和研究院提供先进的反应器和技术服务。

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