[發明專利]一種電催化甲醛制乙二醇的方法

有效

• 申請號: 201811493422.1
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109487298B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 謝順吉;陳雯雯;謝明燦;李徑;張慶紅;王野
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C25B3/10
• 分類號: C25B3/10;C25B11/06
• 代理公司: 35200 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 張素斌

一種電催化甲醛制乙二醇的方法，屬于電催化領域，包括以下步驟：1)在雙室電解池中分別加入陰極電解液和陽極電解液并用離子交換膜隔開，陰極電解液為含有甲醛的電解質溶液，陽極電解液為不含有甲醛的純電解質溶液；2)采用Pt電極作為對電極插入陽極電解液中，以經修飾劑處理過的碳材料作為工作電極置于陰極電解液中，甘汞電極作為參比電極；3)反應開始前，向陰極通入惰性氣體，同時外接恒溫水槽加熱雙室電解池，使陽極電解液和陰極電解液加熱到反應溫度；4)調節外加電壓開始進行反應即得到產物乙二醇；經修飾劑處理過的碳材料作為工作電極可使反應能在較高法拉第效率的前提下持續穩定地進行，而且可提高乙二醇的產率。

技術領域

本發明屬于電催化領域，尤其涉及一種電催化甲醛制乙二醇的方法。

背景技術

乙二醇是合成聚酯類化合物的重要單體，在我們衣食住行方面都有非常重要的應用，根據數據統計，從2010年到2015年國內對乙二醇的需求日益增加，但是面臨的嚴峻問題是國內乙二醇超過60％都依賴于進口，因此對于如何提高國內乙二醇的產量是我們目前急需解決的問題。目前工業上乙二醇的合成方法，主要包括通過石油的裂解產物乙烯，氧化為環氧乙烷再水合制得乙二醇，以及以合成氣為原料經過草酸二甲脂中間體制得乙二醇。可以看出目前工業合成乙二醇的方法主要是以石油或煤為原料，在較高溫度壓力下進行，并且反應要經過多個中間步驟，不符合綠色化學的理念。

而甲醛電催化制乙二醇，通過甲醛這種簡單易得的工業原料一步偶聯制得乙二醇，不僅能實現較高的乙二醇的選擇性和收率，而且對于工業上現行的環氧乙烷水合法來說，生產成本將可能大幅降低，且反應條件溫和，產物單一。美國專利US4517062公開了以石墨棒作為工作電極探討不同陰極電解質對于反應性能的影響。1989年，文章“Amicroelectrode study of the reduction of formaldehyde in neutral concentratedaqueous solutions”中具體探究了不同陰極材料對于甲醛電催化制乙二醇活性的影響，提出了石墨電極對于該反應的獨特活性。美國專利US4950368公開了不同的陽極反應以及不同的電解池隔膜對于甲醛電催化制乙二醇反應的影響，也實現了高電流下較好的法拉第效率。

在已有的關于電催化甲醛制乙二醇的報道中，都是以石墨作為工作電極，研究反應條件或反應模式對于反應性能的影響，并且所描述的性能只能在1h內維持，當反應時間超過1h時，其生成乙二醇的法拉第效率迅速降低，電極幾乎失去活性。如在1990年文章“Electrochemical hydrodimerization of formaldehyde to ethylene glycol”中，以石墨為工作電極進行甲醛電催化制乙二醇反應，乙二醇的法拉第效率均在2h內從100％降低到50％以下。目前還沒有研究報道過通過修飾碳電極來提高反應活性和反應穩定性，而想要實現甲醛電催化制乙二醇的工業化應用，就必須要尋找一種更加高效穩定的電極，使反應能在較高法拉第效率的前提下持續穩定地進行，以此來提高乙二醇的產率。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的上述問題，提供一種電催化甲醛制乙二醇的方法，該方法采用表面修飾的碳材料作為催化材料，可大大提高反應活性，使反應能在10h內維持較高的法拉第效率。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種電催化甲醛制乙二醇的方法，包括以下步驟：

1)在雙室電解池中分別加入陰極電解液和陽極電解液并用離子交換膜隔開，陰極電解液為含有甲醛的電解質溶液，陽極電解液為不含有甲醛的純電解質溶液；

2)采用Pt電極作為對電極插入陽極電解液中，以經修飾劑處理過的碳材料作為工作電極置于陰極電解液中，甘汞電極作為參比電極；

3)反應開始前，向陰極通入惰性氣體，同時外接恒溫水槽加熱雙室電解池，使陽極電解液和陰極電解液加熱到反應溫度；