[發(fā)明專利]具有不同晶面的磷酸銀單晶催化劑在電催化丙烯環(huán)氧化中的應(yīng)用、丙烯生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法

有效

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• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號(hào): CN112962113B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 遲明芳;柯景文;孔祥棟;耿志剛;曾杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B11/075
• 分類號(hào): C25B11/075;C25B3/23;C25B3/07
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 劉樂

本發(fā)明提供了磷酸銀單晶材料在電催化中作為催化劑的應(yīng)用。本發(fā)明得到了具有不同晶面和特定形貌的磷酸銀單晶材料以及相應(yīng)的制備方法，可以通過控制晶面來調(diào)控磷酸銀單晶催化劑對(duì)電催化丙烯環(huán)氧化產(chǎn)環(huán)氧丙烷反應(yīng)的催化活性以及選擇性。不僅如此，本發(fā)明還通過調(diào)控磷酸銀單晶的晶面，進(jìn)而能夠調(diào)控相應(yīng)的催化活性。本發(fā)明中使用的具有不同晶面的磷酸銀單晶材料作為催化劑在電化學(xué)丙烯環(huán)氧化產(chǎn)環(huán)氧丙烷反應(yīng)中，易于合成，成本低廉，具有較高的選擇性和活性，并且其催化穩(wěn)定性較好，是一種反應(yīng)條件溫和、工藝過程簡單和環(huán)境友好的電催化丙烯環(huán)氧化制備環(huán)氧丙烷的新方法，且具有規(guī)模化合成前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)氧丙烷電催化技術(shù)領(lǐng)域，涉及磷酸銀單晶材料在電催化中作為催化劑的應(yīng)用、一種電催化丙烯生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法，尤其涉及具有不同晶面的磷酸銀單晶催化劑在電催化丙烯環(huán)氧化中的應(yīng)用、一種電催化丙烯生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法。

背景技術(shù)

環(huán)氧丙烷(PO)，又名氧化丙烯、甲基環(huán)氧乙烷、1,2-環(huán)氧丙烷等，化學(xué)式為C₃H₆O，是非常重要的有機(jī)化合物原料，是僅次于聚丙烯和丙烯腈的第三大丙烯類衍生物，是重要的基本有機(jī)化工合成原料，主要用于生產(chǎn)聚醚、丙二醇等。環(huán)氧丙烷也是第四代洗滌劑非離子表面活性劑、油田破乳劑、農(nóng)藥乳化劑等的主要原料，其衍生物還廣泛用于汽車、建筑、食品、煙草、醫(yī)藥及化妝品等行業(yè)，已生產(chǎn)的下游產(chǎn)品近百種，是精細(xì)化工產(chǎn)品的重要原料。

目前，環(huán)氧丙烷的工業(yè)化生產(chǎn)方法主要有氯醇化法、共氧化法和過氧化氫直接氧化法。我國環(huán)氧丙烷總產(chǎn)能中的60％含量采用氯醇法工藝生產(chǎn)，20％含量采用共氧化法工藝。其中，氯醇法生產(chǎn)歷史悠久，工業(yè)化至今已有60多年，以美國陶氏化學(xué)的氯醇法最為典型。氯醇法的主要工藝過程包含丙烯氯醇化、石灰乳皂化和產(chǎn)品精制，但在工藝生產(chǎn)過程中對(duì)水資源和氯氣消耗量大，且對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，產(chǎn)生大量廢水廢渣，帶來嚴(yán)重的環(huán)境和安全問題。2011年國家《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》已明確提出，將“新建100萬噸/年以下的氯醇法環(huán)氧丙烷生產(chǎn)裝置”列為限制類。此外，相關(guān)規(guī)劃更是提出“淘汰嚴(yán)重環(huán)境污染制備環(huán)氧丙烷的氯醇法”。另一種重要的共氧化法其工藝流程長，原料品種多，對(duì)丙烯純度要求高，工藝操作要求高溫高壓，且環(huán)氧丙烷只是產(chǎn)量較少的聯(lián)產(chǎn)品。過氧化氫直接氧化法是經(jīng)過氧化氫(雙氧水)催化丙烯制環(huán)氧丙烷的新工藝。雖然生產(chǎn)過程中只生成環(huán)氧丙烷和水，但在整個(gè)反應(yīng)過程中需要用到大量的過氧化氫。由于過氧化氫的制備成本較高，且整個(gè)反應(yīng)過程需在高溫高壓的條件下完成，因此從安全性和成本角度考慮，過氧化氫的供給困難限制了該反應(yīng)的發(fā)展。

因此，如何開發(fā)出一種綠色環(huán)保、低成本、高選擇性生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的新工藝，對(duì)于推動(dòng)環(huán)氧丙烷的大量生產(chǎn)和工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供了磷酸銀單晶材料在電催化中作為催化劑的應(yīng)用、一種電催化丙烯生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的方法，特別是具有不同晶面的磷酸銀單晶催化劑在電催化丙烯環(huán)氧化中的應(yīng)用。本發(fā)明將具有不同晶面的磷酸銀單晶材料作為催化劑在電化學(xué)丙烯環(huán)氧化產(chǎn)環(huán)氧丙烷反應(yīng)中，具有較高的選擇性和活性，并且其催化穩(wěn)定性較好，成本較低，是一種反應(yīng)條件溫和、工藝過程簡單和環(huán)境友好的丙烯電化學(xué)催化環(huán)氧化產(chǎn)環(huán)氧丙烷的新方法，且具有規(guī)模化合成前景。

本發(fā)明提供了磷酸銀單晶材料在電催化中作為催化劑的應(yīng)用。

優(yōu)選的，所述磷酸銀單晶材料包括暴露(100)晶面的單晶磷酸銀立方體、暴露(110)晶面的單晶磷酸銀菱形十二面體或暴露(111)晶面的單晶磷酸銀四面體；

所述磷酸銀單晶材料的粒徑為600～800納米；

所述電催化包括電催化丙烯環(huán)氧化。

優(yōu)選的，所述暴露(100)晶面的單晶磷酸銀立方體的催化活性大于所述暴露(110)晶面的單晶磷酸銀菱形十二面體的催化活性；

所述暴露(110)晶面的單晶磷酸銀菱形十二面體的催化活性大于所述暴露(111)晶面的單晶磷酸銀四面體的催化活性；