一种电化学溴醇法制备环氧化合物的方法和装置、应用

本发明属于环氧化合物制备，涉及一种电化学溴醇法制备环氧化合物的方法和装置、应用，尤其涉及碱金属溴化物和/或碱土金属溴化物在电化学制备环氧化合物中的应用、一种电化学溴醇法制备环氧化合物的方法和装置。

背景技术：

1、环氧化合物是重要的商品原料和通用中间体，用于制造环氧树脂、药物、染料、表面活性剂、乳化剂和精细化工产品。全球每年对环氧化合物的需求量高达4000万吨。

2、目前，烯烃直接氧化生产环氧化合物的传统方法有氯醇法、空气/氧气环氧化法和过酸氧化法。然而，在这些工业过程中，迫切需要克服一些缺点。例如：氯醇法除了大量消耗氯气(cl2)外，含氯皂化废水还会导致无法控制的环境污染，限制了其广泛应用；氯醇法会生成多种副产物，使得环氧化合物的选择性很低；空气/氧气环氧化工艺则需要使用高温和高压条件，以活化烯烃和分解o2，其苛刻的条件导致大量的能量消耗；过酸氧化工艺虽然可靠、高效，但过氧酸价格昂贵，且环氧化合物在酸性环境下容易发生开环反应进而分解，在一定程度上限制了其应用。

3、因此，如何找到一种更为适宜的环氧化合物的制备方法，开发出一种绿色环保、低成本、高选择性生产环氧化合物的新工艺，对于推动环氧化合物的大量生产和工业化发展进程具有重要意义，也是业内诸多具有前瞻性的研究人员广为关注的焦点之一。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供了碱金属溴化物和/或碱土金属溴化物在电化学制备环氧化合物中的应用、一种电化学溴醇法制备环氧化合物的方法和装置，特别是一种电化学溴醇法制备环氧化合物的方法。本发明提供的电化学制备方法，能够绿色环保、高选择性且低成本生产环氧化合物，对于推动环氧化合物的大量生产和工业化发展进程具有重要意义。

2、本发明提供了碱金属溴化物和/或碱土金属溴化物在电化学制备环氧化合物中的应用。

3、优选的，所述碱金属溴化物包括溴化钾、溴化钠和溴化锂中的一种或多种；

4、所述碱土金属溴化物包括溴化镁、溴化钙、溴化锶和溴化钡中的一种或多种；

5、所述环氧化合物包括环氧乙烷、环氧丙烷、甲基环氧丙烷、环氧丁烷、环氧溴丙烷和环氧溴丙烷中的一种或多种。

6、优选的，所述碱金属溴化物和/或碱土金属溴化物具体为碱金属溴化物的水溶液和/或碱土金属溴化物的水溶液；

7、所述应用具体为碱金属溴化物的水溶液和/或碱土金属溴化物的水溶液作为电解液的应用；

8、所述电化学制备具体为含有c＝c双键的碳氢化合物气体电化学制备环氧化合物。

9、优选的，所述电化学制备中，设置有阳极和阴极；

10、所述阳极或阴极上设置有第二催化剂；

11、所述第二催化剂包括贵金属或含有贵金属的催化剂；

12、所述电化学制备为电化学溴醇法制备。

13、本发明提供了一种电化学溴醇法制备环氧化合物的装置，包括：电解池、烯烃气体第一进料装置、烯烃气体第二进料装置、阳极腔储液装置、阴极腔储液装置、阴阳极电解液出液混合装置、分离装置以及电解液循环液储液装置；

14、所述电解池包括阳极腔和阴极腔，所述阳极腔和所述阴极腔内均设置有电解液；

15、所述电解液为包含有碱金属溴化物的水溶液和/或碱土金属溴化物的水溶液；

16、所述阳极腔分别通过第一出液管路和第一电解液循环管路与所述阳极腔储液装置相连通；

17、所述第一出液管路上设置有烯烃气体第二进料装置，所述第一电解液循环管路上设置有烯烃气体第一进料装置；

18、所述阴极腔分别通过第二出液管路和第二电解液循环管路与所述阴极腔储液装置相连通；

19、所述阳极腔储液装置与阴阳极电解液出液混合装置相连接，所述阴极腔储液装置与阴阳极电解液出液混合装置相连接；

20、所述阴阳极电解液出液混合装置与所述分离装置相连接；

21、所述分离装置的电解液循环出料端与所述电解液循环液储液装置的进口相连接；

22、所述电解液循环液储液装置的第一出口与所述阳极腔储液装置相连接；

23、所述电解液循环液储液装置的第二出口与所述阴极腔储液装置相连接。

24、优选的，所述烯烃气体第一进料装置和所述烯烃气体第二进料装置各自独立的选择砂芯；

25、所述烯烃气体第一进料装置的气体出口与所述烯烃气体第二进料装置的气体进口相连接；

26、所述烯烃气体第一进料装置的气体进口与所述烯烃气体源相连接；

27、所述烯烃气体第一进料装置中，烯烃气体与第一电解液循环管路中的液体相接触后，溢出的烯烃气体通过烯烃气体第一进料装置的气体出口进入烯烃气体第二进料装置中，烯烃气体与第一出液管路中的液体相接触后，连通至烯烃气体第一进料装置的气体进口；

28、所述阳极腔中设置有阳极，所述阴极腔中设置有阴极；

29、所述阳极或阴极上设置有第二催化剂。

30、优选的，所述阳极腔和阴极腔之间的隔断包括质子交换膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜中的一种或多种；

31、所述分离装置包括精馏装置和/或蒸馏装置；

32、所述分离装置上设置有环氧化合物出料口。

33、本发明提供了一种电化学溴醇法制备环氧化合物的方法，包括以下步骤：

34、1)在电极的作用和电解液的条件下，进行电化学反应，并向阳极体系中通入烯烃气体，烯烃气体与电化学反应后得到的次溴酸，进行反应后，阳极腔得到溴代醇；

35、所述电解液为包含有碱金属溴化物的水溶液和/或碱土金属溴化物的水溶液；

36、2)在电解液的流动条件下，上述步骤阳极腔得到的溴代醇与上述步骤电化学反应中阴极腔得到碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物进行混合反应后，得到环氧化合物。

37、优选的，所述电极的材质包括碳基材料、石墨、铂、氧化铂、钛、亚氧化钛、氧化钛、镍、钌、氧化钌、铱、氧化铱、金、银、铜和氧化铅中的一种或多种；

38、所述碳基材料包括活性炭、石墨烯、碳纳米管和氮掺杂的碳中的一种或多种

39、所述电极上还设置有贵金属催化剂或含有贵金属的第二催化剂；

40、所述贵金属包括铂、钌和铱中的一种或多种；

41、所述电解液中，碱金属溴化物和/或碱土金属溴化物的浓度为0.05～5.0mol/l；

42、所述电化学反应的过电位为1.2～20v；

43、所述电化学反应的温度为20～40℃。

44、优选的，所述烯烃气体的流速为10ml/min～3l/min；

45、所述混合具体为，阴极腔内的含有碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物的出液和阳极腔内含有溴代醇的出液以1：(0.8～1.2)的体积比进行混合；

46、所述混合反应后还包括分离环氧化合物和电解液的步骤；

47、所述分离的方法包括精馏分离和/或减压蒸馏分离；

48、所述精馏分离的温度为50～100℃；

49、所述分离后的电解液分别循环至阳极腔和阴极腔；

50、所述通入烯烃气体具体为在分离后的电解液循环至阳极腔的过程中通入和/或阳极腔得到溴代醇后混液中通入；

51、所述方法中，管道中液体的流速各自独立的选自20ml/min～5l/min。

52、本发明提供了碱金属溴化物和/或碱土金属溴化物在电化学制备环氧化合物中的应用。与现有技术相比，本发明特别将金属溴化物和/或碱土金属溴化物应用在电化学制备环氧化合物中，还创造性的设计了一种电化学溴醇法制备环氧化合物的方法。本发明提供的制备方法，以电极材料为催化剂，对含有碱金属溴化盐或碱土金属溴化盐的电解液施加过电位，氧化得到单质溴，单质溴遇水生成的次溴酸，然后通过向其中通入烯烃气体，使得与烯烃反应得到溴代醇，溴代醇再与碱金属或碱土金属氢氧化物发生皂化反应，从而到环氧化合物和碱金属溴化盐或碱土金属溴化盐(电解液)，实现了电解液的循环利用。本发明以清洁的电能提供能量，在电极材料的催化下，生成环氧化合物的法拉第效率在80～99％，有效电流密度达到安培级/平方厘米，生成环氧化合物的速率约可达克级/平方厘米/小时，产物中环氧化合物的选择性大于97％，具有较高的法拉第效率、选择性和反应速率；同时，溴在整个反应中仅起到循环的作用，因此没有含溴的废水废渣产生，电解液可回收循环利用，原子利用率可达100％，且可以联产氢气作为能源物质，不仅绿色环保而且耗费成本低。

53、本发明提供的电化学制备方法，能够绿色环保、高选择性且低成本生产环氧化合物，对于推动环氧化合物的大量生产和工业化发展进程具有重要意义。