【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有机电化学合成的领域，具体涉及一种用于合成有机碳酸酯的电解槽、电解系统和方法。
技术介绍
1、传统的热合成有机碳酸酯方法基本都是在高温高压且需要催化剂的条件下完成，不仅增加了设备投入成本，而且催化剂的加入也增加了分离成本。近几年电催化合成技术以及光催化合成技术也被逐渐应用到酯的合成中。与热催化相比，电催化合成有机碳酸酯的方法可以在低温常压下进行，反应条件更加温和，而且可以大幅度节约能耗成本。但是目前的电催化合成有机碳酸酯的技术主要采用间歇式电解池反应器，限制了电催化合成有机碳酸酯的技术的进一步规模化应用，不适用于工业中需要大规模合成有机碳酸酯的情况。
技术实现思路
1、本专利技术主要解决的技术问题是现有的电催化合成有机碳酸酯的技术不适用于大规模合成有机碳酸酯的情况。
2、为了解决上述技术问题，本申请提供了一种用于合成有机碳酸酯的电解槽，包括第一端板、第二端板、阳极电极、阴极电极和板框，第二端板与第一端板间隔地相对设置；阳极电极和阴极电极的数量均为一个或多个，阳极电极和阴极电极间隔地设置在第一端板和第二端板之间，当阳极电极或阴极电极中的数量大于一时，阳极电极和阴极电极交替地排布在第一端板和第二端板之间；相邻的阳极电极和阴极电极之间设置有板框，当板框的数量为一个时，板框上设置有进料口和出料口；当板框的数量为大于一个时，至少一个板框上设置有进料口，且至少一个板框上设置有出料口；板框上设有连通进料口以及出料口的腔体，腔体与相邻的阳极电极以及相邻的阴极电极连通，进料
3、在一种实施例中，当板框的数量为大于一时，每个板框上均设置有进料口和出料口，阳极电极和阴极电极用于与电源并联连接；
4、或者，当板框的数量为大于一时，进料口和出料口的数量均为一个，进料口设置于与第一端板最近的板框上，出料口设置于与第二端板最近的板框上，位于进料口与出料口之间的阳极电极和/或阴极电极上设置有贯穿孔，阳极电极和阴极电极用于与电源串联连接。
5、在一种实施例中，当板框的数量为大于等于四时，阳极电极、阴极电极、板框形成至少一组串联电解堆和至少一组并联电解堆；在并联电解堆中，每个板框上均设置有进料口和出料口，并联电解堆的阳极电极和阴极电极用于与电源并联连接；在串联电解堆中，最靠近第一端板的板框上设置有进料口，最靠近第二端板的板框上设置有出料口，位于进料口与出料口之间的阳极电极和/或阴极电极上设置有贯穿孔，串联电解堆的阳极电极和阴极电极用于与电源串联连接。
6、在一种实施例中，阴极电极的材质为导电碳材料、导电金属材料、导电合金材料、钛、锌、铜、镍、钴、银、铂、不锈钢、铱、钽、锡、锑、金刚石中的至少一种；阳极电极的材料为惰性电极、表面带有涂层的导电碳材料、表面带有涂层的导电金属材料、表面带有涂层的导电合金材料中的至少一种，涂层为铂、碳、金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物中的至少一种，惰性电极为石墨、铂电极、玻碳、硼掺杂金刚石、碳纤维材料、锡锑电极、铱钽电极中的至少一种；板框的材质为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、增强型聚偏二氟乙烯、增强型聚四氟乙烯中的至少一种。
7、在一种实施例中，用于合成有机碳酸酯的电解槽还包括垫片，阳极电极与相邻的板框通过垫片连接，阴极电极与相邻的板框通过垫片连接；第一端板与相邻的阳极电极或阴极电极通过垫片连接，第二端板与相邻的阳极电极或阴极电极通过垫片连接。
8、为了解决上述技术问题，本申请还提供了一种用于合成有机碳酸酯的电解系统，包括储液件、电解槽、输送泵、流量计、产物收集装置以及控温装置，储液件用于存储合成有机碳酸酯的原料和电解质的混合液；电解槽为上述任一实施例所涉及的用于合成有机碳酸酯的电解槽；输送泵具有入口端和出口端，输送泵的入口端与储液件连通，输送泵的出口端与电解槽的进料口连通；流量计设置于电解槽的进料口和输送泵的出口端之间，并与电解槽和输送泵液路连通，以测量流入电解槽内的液体的流量；产物收集装置与电解槽的出料口连通，以收集电解槽的电解产物；控温装置用于控制储液件、电解槽、产物收集装置的温度。
9、为了解决上述技术问题，本申请还提供了一种电解合成有机碳酸酯的方法，采用上述任一项所涉及的用于合成有机碳酸酯的电解槽电解合成有机碳酸酯，或者，采用上述任一实施例所涉及的用于合成有机碳酸酯的电解系统电解合成有机碳酸酯，方法至少包括以下步骤：
10、将合成有机碳酸酯的原料和电解质充分混合，得到混合液；
11、向电解槽的进料口持续地通入合成有机碳酸酯的原料和电解质的混合液以进行持续的电解反应；
12、从电解槽的出料口持续地导出电解反应的产物；
13、对电解反应的产物进行分离，分离出有机碳酸酯。
14、在一种实施例中，有机碳酸酯为碳酸甲乙酯，合成有机碳酸酯的原料为乙醇和碳酸二甲酯，乙醇和碳酸二甲酯的摩尔比为(1-10):1，或者，合成有机碳酸酯的原料为甲醇和碳酸二乙酯，甲醇和碳酸二乙酯的摩尔比为(1-10):1；
15、电解质为无机盐、季铵盐、咪唑类离子液体中的一种或多种，电解质的浓度为0.05mo l/l-5mo l/l，电解反应温度为零下10℃-35℃，电解反应压力为常压，进料口的进料流速为5ml/min-200ml/min。
16、在一种实施例中，有机碳酸酯为联产的碳酸二甲酯和二元醇，合成有机碳酸酯的原料为甲醇和环状碳酸酯，或者，有机碳酸酯为联产的碳酸二乙酯和二元醇，合成有机碳酸酯的原料为乙醇和环状碳酸酯；环状碳酸酯为碳酸乙烯酯或者碳酸丙烯酯，环状碳酸酯的浓度为0.1mo l/l-5mo l/l，电解质为无机盐、季铵盐、咪唑类离子液体中的一种或多种；电解质的浓度为0.01mo l/l-5mo l/l，电解反应温度为零下10℃-35℃，电解反应压力为常压，进料口的进料流速为1ml/min-50ml/min。
17、在一种实施例中，有机碳酸酯为碳酸二甲酯，合成有机碳酸酯的原料为甲醇和尿素，或者，有机碳酸酯为碳酸二乙酯，合成有机碳酸酯的原料为乙醇和尿素，电解质为无机盐、季铵盐、咪唑类离子液体中的一种或多种，电解质的浓度为0.01mo l/l-5mo l/l；电解反应温度为零下10℃-35℃，电解反应压力为常压；进料口的进料流速为0.1ml/min-20ml/min。
18、本申请提供了一种用于合成有机碳酸酯的电解槽、电解系统和方法，合成有机碳酸酯的电解槽包括第一端板、第二端板、阳极电极、阴极电极和板框，第二端板与第一端板间隔地相对设置；阳极电极和阴极电极的数量均为一个或多个，阳极电极和阴极电极间隔地设置在第一端板和第二端板之间，当阳极电极或阴极电极中的数量大于一时，阳极电极和阴极电极交替地排布在第一端板和第二端板之间；相邻的阳极电极和阴极电极之间设置有板框，当板框的数量为一个时，板框上设置有进料口和出料口；当板框的数量为大于一个时，至少一个板框上设置有进料口，且本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于合成有机碳酸酯的电解槽，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于合成有机碳酸酯的电解槽，其特征在于，当所述板框的数量为大于一时，每个所述板框上均设置有所述进料口和所述出料口，所述阳极电极和所述阴极电极用于与电源并联连接；
3.根据权利要求1所述的用于合成有机碳酸酯的电解槽，其特征在于，当所述板框的数量为大于等于四时，所述阳极电极、所述阴极电极、所述板框形成至少一组串联电解堆和至少一组并联电解堆；在所述并联电解堆中，每个所述板框上均设置有所述进料口和所述出料口，所述并联电解堆的阳极电极和阴极电极用于与电源并联连接；在所述串联电解堆中，最靠近所述第一端板的板框上设置有所述进料口，最靠近所述第二端板的板框上设置有所述出料口，位于所述进料口与所述出料口之间的阳极电极和/或阴极电极上设置有贯穿孔，所述串联电解堆的阳极电极和阴极电极用于与电源串联连接。
4.根据权利要求1所述的用于合成有机碳酸酯的电解槽，其特征在于，所述阴极电极的材质为导电碳材料、导电金属材料、导电合金材料、钛、锌、铜、镍、钴、银、铂、不锈钢、铱、钽、锡、锑、金刚石中的
5.根据权利要求1所述的用于合成有机碳酸酯的电解槽，其特征在于，还包括垫片，所述阳极电极与相邻的所述板框通过所述垫片连接，所述阴极电极与相邻的所述板框通过所述垫片连接；所述第一端板与相邻的所述阳极电极或所述阴极电极通过所述垫片连接，所述第二端板与相邻的所述阳极电极或所述阴极电极通过所述垫片连接。
6.一种用于合成有机碳酸酯的电解系统，其特征在于，包括：
7.一种电解合成有机碳酸酯的方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的用于合成有机碳酸酯的电解槽电解合成有机碳酸酯，或者，采用如权利要求6所述的用于合成有机碳酸酯的电解系统电解合成有机碳酸酯，所述方法至少包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的电解合成有机碳酸酯的方法，其特征在于，所述有机碳酸酯为碳酸甲乙酯，所述合成有机碳酸酯的原料为乙醇和碳酸二甲酯，乙醇和碳酸二甲酯的摩尔比为(1-10):1，或者，所述合成有机碳酸酯的原料为甲醇和碳酸二乙酯，甲醇和碳酸二乙酯的摩尔比为(1-10):1；
9.根据权利要求7所述的电解合成有机碳酸酯的方法，其特征在于，所述有机碳酸酯为联产的碳酸二甲酯和二元醇，所述合成有机碳酸酯的原料为甲醇和环状碳酸酯，或者，所述有机碳酸酯为联产的碳酸二乙酯和二元醇，所述合成有机碳酸酯的原料为乙醇和环状碳酸酯；
10.根据权利要求7所述的电解合成有机碳酸酯的方法，其特征在于，所述有机碳酸酯为碳酸二甲酯，所述合成有机碳酸酯的原料为甲醇和尿素，或者，所述有机碳酸酯为碳酸二乙酯，所述合成有机碳酸酯的原料为乙醇和尿素；所述电解质为无机盐、季铵盐、咪唑类离子液体中的一种或多种，所述电解质的浓度为0.01mol/L-5mol/L；电解反应温度为零下10℃-35℃，电解反应压力为常压；所述进料口的进料流速为0.1mL/min-20mL/min。
...【技术特征摘要】
1.一种用于合成有机碳酸酯的电解槽，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于合成有机碳酸酯的电解槽，其特征在于，当所述板框的数量为大于一时，每个所述板框上均设置有所述进料口和所述出料口，所述阳极电极和所述阴极电极用于与电源并联连接；
3.根据权利要求1所述的用于合成有机碳酸酯的电解槽，其特征在于，当所述板框的数量为大于等于四时，所述阳极电极、所述阴极电极、所述板框形成至少一组串联电解堆和至少一组并联电解堆；在所述并联电解堆中，每个所述板框上均设置有所述进料口和所述出料口，所述并联电解堆的阳极电极和阴极电极用于与电源并联连接；在所述串联电解堆中，最靠近所述第一端板的板框上设置有所述进料口，最靠近所述第二端板的板框上设置有所述出料口，位于所述进料口与所述出料口之间的阳极电极和/或阴极电极上设置有贯穿孔，所述串联电解堆的阳极电极和阴极电极用于与电源串联连接。
4.根据权利要求1所述的用于合成有机碳酸酯的电解槽，其特征在于，所述阴极电极的材质为导电碳材料、导电金属材料、导电合金材料、钛、锌、铜、镍、钴、银、铂、不锈钢、铱、钽、锡、锑、金刚石中的至少一种；所述阳极电极的材料为惰性电极、表面带有涂层的导电碳材料、表面带有涂层的导电金属材料、表面带有涂层的导电合金材料中的至少一种，所述涂层为铂、碳、金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物中的至少一种，所述惰性电极为石墨、铂电极、玻碳、硼掺杂金刚石、碳纤维材料、锡锑电极、铱钽电极中的至少一种；所述板框的材质为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、增强型聚偏二氟乙烯、增强型聚四氟乙烯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的用于合成有机碳酸酯的电解槽，其特征在于，还包括垫片，所述阳极电极与相邻的所...
【专利技术属性】
技术研发人员：李凤姣，孙明娟，王文伟，南金瑞，
申请(专利权)人：北京理工大学深圳汽车研究院电动车辆国家工程实验室深圳研究院，
类型：发明
国别省市：
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