一种电催化氢化羰基化合物合成相应醇的方法技术

本发明专利技术涉及一种电催化氢化羰基化合物合成相应醇的方法，采用流动式电解池或分体式H型电解池，在阴极电解液中加入羰基化合物，在反应输出端收集液相醇类产物。所述羰基化合物包括甲醛、乙醛、丙酮、正丙醛、正丁醛、正戊醛、4

【技术实现步骤摘要】
一种电催化氢化羰基化合物合成相应醇的方法


[0001]本专利技术属于电化学氢化化学式(I)的羰基化合物合成相应醇的方法，涉及一种电催化氢化羰基化合物合成相应醇的方法。

技术介绍

[0002]目前，醇类化合物在医药及日常生活中的用途十分广泛。相比乙醇，异丙醇具有更高的沸点，挥发性小，更易保存，使用更安全可靠。因此，异丙醇已广泛应用于制药、化妆品、塑料、香料、涂料、电子清洗剂等产品中。其中，工业清洗剂是全球异丙醇消费增长最快的领域之一，需求量预计以年均>10％的速度增长。
[0003]迄今为止，羰基化合物加氢生成相应醇的方法包括：化学还原法和热催化加氢法。化学还原法是采用NaBH4、LiAlH4,Al[OCH(CH3)2]3等还原剂进行还原；热催化加氢法是采用催化剂，以H2为氢源，在高温高压下进行还原。热催化丙酮加氢制备异丙醇通常使用Pd、Pt、Ru等贵金属催化剂或镍基、铜基等非贵金属催化剂。
[0004]日本专利平2
‑
279643提供了采用Ru/Al2O3催化剂进行热催化丙酮加氢制备异丙醇的方法，丙酮经异丙醇稀释后进行加氢，在9.0MPa压力下，丙酮转化率和异丙醇选择性均达到99.9％。但是，该方法需要价格昂贵的贵金属Ru基催化剂和高压氢气，工艺条件苛刻，设备要求高。
[0005]中国专利CN1255482A提供了利用压片型CuO
‑
SiO复合氧化物催化剂进行丙酮加氢制备异丙醇的方法，在140℃时，丙酮转化率和异丙醇选择性均可达99.9％。但是，该方法存在催化剂易烧结失活，工艺条件苛刻等关键问题。
[0006]综上所述，目前热催化羰基化合物加氢工艺存在以爆炸性高压氢气为氢源，反应条件苛刻，设备要求高，催化剂昂贵等问题。因此，开发一种在常温常压下以水为氢源的电催化氢化羰基化合物制备相应醇的方法具有重要意义。

技术实现思路

[0007]要解决的技术问题
[0008]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种电催化氢化羰基化合物合成相应醇的方法，对电催化氢化羰基化合物所用催化剂及器件系统进行了广泛深入的研究，以达到抑制副反应，提高相应醇产率的目的，且兼具室温、常压、绿色、安全、低成本等优势。
[0009]技术方案
[0010]一种电催化氢化羰基化合物合成相应醇的方法，其特征在于：在电解池中，以含水电解质中的水为氢源，在阴极电解液中加入羰基化合物，在通电进行电解反应时，输出端收集液相为醇类产物。
[0011]所述羰基化合物的结构式为：
[0012][0013]其中R和R
’
选自无机/或有机基团；
[0014]所述无机和/或有机基团选自
‑
H、
‑
D、取代或未取代的烷基、烯基、炔基和/或芳基、
‑
OH、
‑
OR*、
‑
SH、
‑
SR*、
‑
NH2、
‑
NR*R
#
、
‑
COOH、
‑
CHO、
‑
COOR*、
‑
COR*、
‑
PH2、
‑
PR*R
#
、
‑
F、
‑
Cl、
‑
Br、
‑
I、
‑
NO和
‑
NO2,其中R*和R
#
为有机和/或无机基团。
[0015]所述羰基化合物包括但不限于甲醛、乙醛、丙酮、正丙醛、正丁醛、正戊醛、4
‑
羟基
‑2‑
丁酮、二丙酮醇、2
‑
戊酮、环丁酮或糠醛。
[0016]所述电解质为中性、碱性电解质或酸性电解质；即包括但不限于0.01
–
10M的KHCO3水溶液、0.01
–
5M的KCl水溶液或0.01
–
10M的KOH水溶液，0.01
–
10M的H2SO4水溶液。
[0017]所述电解池采用流动式电解池时，采用的阴极是在离子交换膜上喷涂催化剂A制备成阴极，喷涂的催化剂负载量为0.001
–
100mg/cm2；或者，采用在导电基底上喷涂催化剂A制得的工作电极，喷涂的催化剂负载量为0.001
–
100mg/cm2；或者，以导电基底上原位生长的催化剂制备为阴极；所述导电基底包括但不限于泡沫金属、碳纸或碳布；所述泡沫金属包括但不限于泡沫铜、泡沫镍或泡沫铁；在阳极上喷涂催化剂B；在阴极、阳极室加入电解液，并在阴极电解液中加入羰基化合物，采用三电极或两电极体系进行羰基化合物的电催化加氢反应，收集液相产物。
[0018]所述电解池采用分体式H型电解池时，采用的阴极是在导电基底上喷涂催化剂A制得的工作电极，催化剂喷涂后的负载量为0.001
–
100mg/cm2；或者，以导电基底上原位生长的催化剂制备为阴极；所述导电基底包括但不限于泡沫金属、碳纸或碳布；所述泡沫金属包括但不限于泡沫铜、泡沫镍或泡沫铁；在阳极上喷涂催化剂B；在阴极、阳极室加入电解液，并在阴极电解液中加入羰基化合物，采用三电极或两电极体系进行羰基化合物的电催化加氢反应，收集液相产物。
[0019]所述催化剂A包括但不限于Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au、Pd、Pt颗粒，合金及其金属氧化物，单原子催化剂，金属酞菁或金属卡宾类型催化剂。
[0020]所述催化剂B的粉末包括但不限于Ir、Ru基催化剂和Fe、Co或Ni基催化剂。
[0021]所述催化剂A或B的配制为：1
–
1000mg的催化剂A或B的粉末，分散于0.2
–
200mL的异丙醇或者其他分散剂中，加入3μL
–
5mL Nafion溶液作为粘接剂，搅拌并超声分散10
–
120min得到催化剂浆料；所述Nafion溶液的浓度为5wt％。
[0022]所述采用泡沫金属上原位生成金属/金属氧化物作为阴极时，制备步骤为：首先，依次采用丙酮、乙醇、1M盐酸清洗泡沫金属，并用氮气干燥；其次，在空气中2
–
10℃/min升温，在300
–
800℃下退火1
–
6小时，在泡沫金属上均匀生长金属氧化物；最后，以0.1
–
2A/cm2恒电流原位还原。
[0023]有益效果
[0024]本专利技术提出的一种电催化氢化羰基化合物合成相应醇的方法，采用流动式电解池或分体式H型电解池，在阴极电解液中加入羰基化合物，在反应输出端收集液相醇类产物。所述羰基化合物包括甲醛、乙醛、丙酮、正丙醛、正丁醛、正戊醛、4
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羟基
‑2‑
丁酮、二丙酮醇、
2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电催化氢化羰基化合物合成相应醇的方法，其特征在于：在电解池中，以含水电解质中的水为氢源，在阴极电解液中加入羰基化合物，在通电进行电解反应时，输出端收集液相为醇类产物。2.根据权利要求1所述电催化氢化羰基化合物合成相应醇的方法，其特征在于：所述羰基化合物的结构式为：其中R和R
’
选自无机/或有机基团；所述无机和/或有机基团选自
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H、
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D、取代或未取代的烷基、烯基、炔基和/或芳基、
‑
OH、
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OR*、
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SH、
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SR*、
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NH2、
‑
NR*R
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、
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COOH、
‑
CHO、
‑
COOR*、
‑
COR*、
‑
PH2、
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PR*R
#
、
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F、
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Cl、
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Br、
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I、
‑
NO和
‑
NO2,其中R*和R
#
为有机和/或无机基团。3.根据权利要求1或2所述电催化氢化羰基化合物合成相应醇的方法，其特征在于：所述羰基化合物包括但不限于甲醛、乙醛、丙酮、正丙醛、正丁醛、正戊醛、4
‑
羟基
‑2‑
丁酮、二丙酮醇、2
‑
戊酮、环丁酮或糠醛。4.根据权利要求1所述电催化氢化羰基化合物合成相应醇的方法，其特征在于：所述电解质为中性、碱性电解质或酸性电解质；即包括但不限于0.01
–
10M的KHCO3水溶液、0.01
–
5M的KCl水溶液或0.01
–
10M的KOH水溶液，0.01
–
10M的H2SO4水溶液。5.根据权利要求1所述电催化氢化羰基化合物合成相应醇的方法，其特征在于：所述电解池采用流动式电解池时，采用的阴极是在离子交换膜上喷涂催化剂A制备成阴极，喷涂的催化剂负载量为0.001
–
100mg/cm2；或者，采用在导电基底上喷涂催化剂A制得的工...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，林金，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：