一种基于烯烃生产α-羟基酸的方法与流程

本发明涉及α-羟基酸制备工艺，具体涉及一种基于烯烃生产α-羟基酸的方法。

背景技术：

1、α-羟基酸兼具醇与酸的双重特性，广泛用于食品、医药、制革、纺织和农业等多个领域，是一种重要的精细化学品。其中，乙醇酸和乳酸是α-羟基酸的两类典型代表。数据显示，2018年全球乳酸市场消费量约为51.8万吨，近5年以近5.6％的复合增速增长；2022年全球乙醇酸市场规模增至近3.24亿美元，近5年复合年增长率约为8.55％，α-羟基酸行业发展前景良好。

2、值得注意的是，聚乙醇酸(pga)和聚乳酸(pla)因其具有良好的生物可降解性、生物相容性以及力学性能，在环境形势日益严峻，限塑、禁塑政策不断推进的大背景下迎来了发展高潮，成为全球范围内产业化最成熟、产量最大、最常见的生物可降解塑料。因此，乙醇酸作为制备聚乙醇酸单体、乳酸作为聚乳酸单体这一新用途，市场需求量明显提高。

3、乙醇酸在甜菜、甘蔗等自然界植物中存在，但其含量较低且难提纯，因此工业生产主要采用合成法。目前最成熟的工业生产技术包括乙酸氯化水解法、羟基乙腈水解法(cn1880464a、cn1772912a、enomoto t.et al.production of n-substitutedglycinonitrile:jp,2000 212 152[p])和甲醛羰基化法(loder d j.glycolic acid:us,2152852[p].1939)等。但这些方法面临反应条件苛刻、对设备要求高、催化剂无法循环使用、原料不符合可持续发展理念等问题。近年来，也有一些报道采用电化学方法制备乙醇酸，例如由草酸电解还原制备乙醇酸(cn116180109a、cn116288423a)、电催化乙二醇制备乙醇酸(cn115992368a、cn116943640a、cn114959749a)。但草酸及乙二醇产能有限，随着聚酯行业需求增长供不应求，限制了乙醇酸发展。

4、乳酸的生产方法主要包括物发酵法和化学合成法。发酵法工艺简单、发展成熟，约90％的商业销售乳酸都是由发酵制得，但它的发酵周期长、生产效率低、酶和分离的成本都较高；此外以农作物为原料存在与人争粮的问题，缺乏发展潜力。用于工业生产的化学合成法主要是乳腈法和丙烯腈法。化学合成法可以实现大规模连续化的乳酸生产，但是该方法使用的原料多具有毒性，限制了乳酸产品的使用范围，不符合可持续发展要求。此外还有报道通过甘油氧化制备乳酸(公开号为cn101695657b、cn106810436b、cn101255451b)，但甘油作为生物柴油的主要副产物，其产量有限，不利于乳酸的大规模生产。

5、烯烃最重要的石油化工基础原料之一，被认为是衡量化工产业生产水平的关键指标。随着对烯烃各类深加工产品的需求不断增长，烯烃产量保持逐年增长趋势，最常见且用途最广的是乙烯和丙烯，数据统计2022年全球乙烯总产能已达近2.18亿吨/年，近十年年均增长率达3.8％，2021年丙烯全球消费量约达1.18亿吨，2016～2021年的复合增长率为3.53％。

6、作为重要的化工原料，其下游产业链丰富，例如利用乙烯制备环氧乙烷(cn109562358a、cn107216295b)、二氯乙烷(cn100384796c；tw576754b)、苯乙烯等，或通过聚合反应生产聚乙烯，其中聚乙烯占比最大，约占62％。此外丙烯的下游产品中聚丙烯也占最大比例。

7、综上，如果能利用大规模产能的烯烃作原料，利用可再生电能，生产用途广泛的α-羟基酸，这种新的反应路径将具有良好应用前景，以解决目前α-羟基酸产能低、成本高、合成工艺复杂及合成方法不符合可持续发展要求等缺陷。因此，如何能够以化石燃料烯烃作原料，在能达到工业电流密度要求下高效生产α-羟基酸是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于烯烃生产α-羟基酸的方法，以烯烃为原料通过电氧化方法生产α-羟基酸。

2、本发明提供一种基于烯烃生产α-羟基酸的方法，包括如下步骤：

3、(1)以卤化盐和/或氢卤酸的溶液作为电解质，构建电解池；

4、(2)向所述电解质中通入烯烃然后进行电解反应，使电解后的阳极溶液与碱液混合，得α-羟基酸。

5、有益效果：

6、(1)本发明以价格相对低廉且丰富的烯烃为原料，以含有卤素元素化合物的水溶液为电解质，通过电氧化途径的“一锅法”高效制备高附加值产物α-羟基酸；

7、(2)本发明具有良好的底物拓展性，对于多种烯烃该方法和反应路径都适用；

8、(3)本发明可在较高的电流密度或电流下实现，满足工业电解器生产对电流密度的要求，因而适宜实现工业化生产；

9、(4)本发明采用清洁可再生的电能，即使在常温常压下反应仍可进行该反应，流程简单，对设备要求低，大大降低生产成本，可适用于目前常见的工业生产条件；

10、(5)本发明方法很好利用化石能源烯烃，例如与生产聚乙烯、聚丙烯等最常见的乙烯、丙烯转化用途相比，本发明的转化产物乙醇酸和乳酸更利于可持续发展；相较于传统的工业生产和电转化合成α-羟基酸的方法，本发明方法设备投资低、操作简单、条件温和、易于工业化、具有良好的活性和选择性。本发明不仅开发了一种烯烃利用的新用途，也为α-羟基酸的工业化生产提供可行的反应路径。

技术特征：

1.一种基于烯烃生产α-羟基酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烯烃选自c2～c6烯烃中的一种或多种，优选为乙烯、丙烯、丁烯和1,3-丁二烯中的一种或多种；

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述电解反应的电流密度为0.05～2a/cm2，优选为0.1～1a/cm2。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述电解质中的所述卤化盐和/或氢卤酸的浓度为0.1～5mol/l。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卤化盐选自nacl、kcl、rbcl、cscl、nabr、kbr、rbbr、csbr、nai、ki、rbi和csi中的一种或多种；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述电解后的阳极溶液与碱液混合在含氧气氛或不含氧气氛中进行。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)中向所述电解质中通入烯烃的方式包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述电解后的阳极溶液与所述碱液混合后的ph值大于10；

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述电解反应的电压为1～5.0v，温度为20～90℃，烯烃压力为0.1～6mpa。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述电解池包括阳极和阴极；

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述催化剂包含金属；

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述电极载体选自钛、铂、不锈钢、碳、无机氮化物、无机碳化物、无机钛化物和无机氧化物中的一种或多种；

技术总结本发明涉及一种基于烯烃生产α‑羟基酸的方法，包括：(1)以卤化盐和/或氢卤酸的溶液作为电解质，构建电解池；(2)向所述电解质中通入烯烃然后进行电解反应，使电解后的阳极溶液与碱液混合，得α‑羟基酸。本发明以价格相对低廉且丰富的烯烃为原料，以含有卤素元素化合物的水溶液为电解质，通过电氧化途径的“一锅法”高效制备高附加值产物α‑羟基酸；本发明可在较高的电流密度或电流下实现，满足工业电解器生产对电流的要求，因而适宜实现工业化生产。技术研发人员：王韬,李梦佳,周志有受保护的技术使用者：嘉庚创新实验室技术研发日：技术公布日：2024/5/12