一种环氧丙烷的电化学合成方法技术

本发明专利技术提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，包括以下步骤：S1、提供电解池，并将阳极和阴极分别浸没于电解池的电解液中；S2、向阳极的电解液中通入丙烯；S3、采用恒电流或恒电压法进行电化学反应，阳极产生的氧化态物种与丙烯反应生成中间产物，阴极产生碱性物种；S4、碱性物种与中间产物反应生成环氧丙烷。本发明专利技术以丙烯为原料，通过电化学合成方法以高效地法拉第效率生成环氧丙烷，合成方法简单、高效、成本低；同时，采用不同的方式将丙烯通入电解液中，大大增加了丙烯在电解液中的溶解度，在电能驱动下，高效生产环氧丙烷，整个电化学合成过程绿色高效、简单直接，无多余副产物的生成。无多余副产物的生成。

【技术实现步骤摘要】
一种环氧丙烷的电化学合成方法


[0001]本专利技术电化学合成
，特别是涉及一种环氧丙烷的电化学合成方法。

技术介绍

[0002]我国环氧丙烷的生产以氯醇法生产工艺为主，氯醇法生产环氧丙烷工艺的研究始于20世纪30年代，1931年美国联合碳化物公司(UCC)建成一套以丙烯和氯气为原料，采用氯醇法技术生产环氧丙烷的装置，第一次实现了环氧丙烷生产的工业化。20世纪60年代后期，随着世界石油化工的兴起和世界经济的快速发展，聚氨酯泡沫塑料工业发展迅速，对环氧丙烷需求量剧增，导致该工艺技术得到较快发展。
[0003]氯醇法生产环氧丙烷的技术主要包括丙烯氯醇化、石灰乳皂化、产品精制、副产物回收、石灰乳制备和“三废”处理等工序。丙烯、氯气和水按一定比例进入氯醇化反应器中，在常压或略高于常压、35℃～90℃条件下进行反应，反应生成质量分数约为4％的氯丙醇水溶液；氯丙醇水溶液与过量的石灰乳混合后进入皂化反应器，氯丙醇被皂化成环氧丙烷，然后迅速汽提得到90％～95％的粗环氧丙烷；其中，皂化废液中约含质量分数为4％的CaCl2，残余Ca(OH)2和杂质从皂化塔底排出，废液中的热量经回收利用后送至废液预处理工序；然后粗环氧丙烷进入产品精制单元，经精馏提纯后获得环氧丙烷成品。
[0004]上述传统的工艺存在对设备腐蚀严重、产生的含氯废水严重污染环境等缺点。作为一种传统的生产工艺，氯醇法因其废气废水废渣“三废”排放量高，在国内外生产中正逐步被淘汰。探究环境友好、直接高效的环氧丙烷合成技术，已成为当前技术攻关的目标。
>[0005]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种绿色高效、简单直接、低成本的环氧丙烷的电化学合成方法，以低品相的丙烯为原料，以高效的法拉第效率生产环氧丙烷。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，所述环氧丙烷的电化学合成方法包括以下步骤：
[0008]S1、提供电解池，并将阳极和阴极分别浸没于所述电解池的电解液中；
[0009]S2、向所述阳极的电解液中通入丙烯；
[0010]S3、采用恒电流或恒电压法进行电化学反应，所述阳极产生的氧化态物种与所述丙烯反应生成中间产物，所述阴极产生碱性物种；
[0011]S4、所述碱性物种与所述中间产物反应生成环氧丙烷。
[0012]优选地，当步骤S1中所述阳极为表面具有多孔的呈中空管状结构的中空纤维电极时，步骤S2中向所述阳极的电解液中通入丙烯的方式，具体为：将呈中空管状结构的所述中空纤维电极的一端封住，然后将丙烯自所述中空纤维电极的另一端通入。
[0013]优选地，所述中空纤维电极包括负载RuO2的Ti基中空纤维电极、负载IrO2的Ti基中
空纤维电极、负载IrO2/RuO2复合镀层的Ti基中空纤维电极中的一种。
[0014]优选地，当步骤S1中所述阳极为板材或型材时，步骤S1中的所述电解池中设置有隔膜，所述隔膜将所述电解池分隔为阳极腔室和阴极腔室，所述阳极浸没于所述阳极腔室的电解液中，所述阴极浸没于所述阴极腔室的电解液中。
[0015]优选地，所述阳极的材质为单纯的石墨材质，和/或，所述阳极的材质为以Ni、Ti、Pb为基底，含铂系金属或铂系金属氧化物镀层的复合材质。
[0016]优选地，步骤S2中向所述阳极的电解液中通入丙烯的方式包括：直接向所述阳极腔室的电解液中泵入丙烯；或预先将丙烯溶于电解液中，然后再将溶解有丙烯的电解液加入电解池中；或预先将丙烯溶于有机溶剂中形成液体，然后将形成的液体加入电解液中。
[0017]优选地，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇中的一种或组合。
[0018]优选地，步骤S1中所述阴极的材质为Ni、Pt、C、碳素钢材质中的一种或组合。
[0019]优选地，步骤S1中所述电解液的浓度为0.5mol/L～4mol/L。
[0020]优选地，步骤S1中所述电解液包括LiCl、KCl、NaCl、CaCl2、AlCl3、MgCl2、SnCl2、LiBr、KBr、NaBr、CaBr2、AlBr3、MgBr2、SnBr2溶液中的一种或组合。
[0021]优选地，步骤S2中通入所述丙烯的流速为25mL/min～50mL/min。
[0022]优选地，步骤S3中采用恒电流法进行电化学反应时，在阳极与阴极之间施加10mAcm
‑2～1500mAcm
‑2的电流密度。
[0023]优选地，步骤S3中采用恒电压法进行电化学反应时，在阳极与阴极之间施加2V～50V的电压。
[0024]优选地，步骤S4中所述碱性物种与所述中间产物反应生成环氧丙烷，具体为，所述碱性物种与所述中间产物直接在电解池中发生反应生成环氧丙烷。
[0025]优选地，步骤S4中所述碱性物种与所述中间产物反应生成环氧丙烷，具体为，将所述阳极腔室中生成有所述中间产物的电解液和所述阴极腔室中生成有碱性物种的电解液均导出后，再混合，所述碱性物种与所述中间产物反应生成环氧丙烷。
[0026]如上所述，本专利技术的环氧丙烷的电化学合成方法，具有以下有益效果：
[0027]本专利技术以丙烯为原料，通过电化学合成方法以高效地法拉第效率生成环氧丙烷，采用呈中空管状结构的中空纤维电极作为阳极时，不需要采用隔膜将电解池的阳极与阴极之间分隔开，将丙烯通过中空纤维电极的一端通入，然后自中空纤维电极表面的孔隙中扩散出来，直接采用恒电流或恒电压法进行电化学反应，阳极产生的氧化态物种与扩散出来的丙烯反应生成中间产物直接与阴极产生的碱性物种在电解池中反应，合成方法简单、高效、成本低，且反应过程中生成环氧丙烷的法拉第效率高。
[0028]另外，本专利技术采用板材或型材式的阳极时，采用隔膜将电解池分隔成阳极腔室和阴极腔室，以防止阳极电解生成的氧化态物种与阴极电解生成的碱性物种之间会相互产生干扰，从而产生不必要的复杂产物，影响整个电化学反应的效率；同时，采用不同的方式将丙烯通入电解液中，大大增加了丙烯在电解液中的溶解度，在电能驱动下，高效生产环氧丙烷，整个电化学合成过程绿色高效、简单直接，无多余副产物的生成。
具体实施方式
[0029]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书
所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0030]本专利技术提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该环氧丙烷的电化学合成方法包括以下步骤：
[0031]S1、提供电解池，并将阳极和阴极分别浸没于电解池的电解液中；
[0032]S2、向阳极的电解液中通入丙烯；
[0033]S3、采用恒电流或恒电压法进行电化学反应，阳极产生的氧化态物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于，所述环氧丙烷的电化学合成方法包括以下步骤：S1、提供电解池，并将阳极和阴极分别浸没于所述电解池的电解液中；S2、向所述阳极的电解液中通入丙烯；S3、采用恒电流或恒电压法进行电化学反应，所述阳极产生的氧化态物种与所述丙烯反应生成中间产物，所述阴极产生碱性物种；S4、所述碱性物种与所述中间产物反应生成环氧丙烷。2.根据权利要求1所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：当步骤S1中所述阳极为表面具有多孔的呈中空管状结构的中空纤维电极时，步骤S2中向所述阳极的电解液中通入丙烯的方式，具体为：将呈中空管状结构的所述中空纤维电极的一端封住，然后将丙烯自所述中空纤维电极的另一端通入。3.根据权利要求2所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：所述中空纤维电极包括负载RuO2的Ti基中空纤维电极、负载IrO2的Ti基中空纤维电极、负载IrO2/RuO2复合镀层的Ti基中空纤维电极中的一种。4.根据权利要求1所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：当步骤S1中所述阳极为板材或型材时，步骤S1中的所述电解池中设置有隔膜，所述隔膜将所述电解池分隔为阳极腔室和阴极腔室，所述阳极浸没于所述阳极腔室的电解液中，所述阴极浸没于所述阴极腔室的电解液中。5.根据权利要求4所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：所述阳极的材质为单纯的石墨材质，和/或，所述阳极的材质为以Ni、Ti、Pb为基底，含铂系金属或铂系金属氧化物镀层的复合材质。6.根据权利要求4所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：步骤S2中向所述阳极的电解液中通入丙烯的方式包括：直接向所述阳极腔室的电解液中泵入丙烯；或预先将丙烯溶于电解液中，然后再将溶解有丙烯的电解液加入电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈为，王将将，董笑，冯光辉，吴钢锋，宋艳芳，李守杰，李桂花，魏伟，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：