烷烃的氧化方法以及反应装置

本发明涉及化工，特别是涉及一种烷烃的氧化方法以及反应装置。

背景技术：

1、实现碳氢烷烃直接活化转化为烯烃、炔烃及其含氧衍生物等高附加值化学产品具有重要的经济价值。然而，由于碳氢键的极性差和键能高等因素的影响，通常需要高能耗和高碳排放的设备提供高温高压等极端反应条件来实现这一过程。此外，提供外加电势也是一种可以改变体系能量的方式，且反应条件更加温和，生产成本更低，但是传统技术中烷烃转化为高附加值化学品均采用贵金属作为工作电极，成本极高且需要在高温高压下进行。因此，开发高性能且稳定的催化剂和相应的反应体系以在常温常压条件下实现高效电化学活化烷烃合成高附加值化学产品，仍面临诸多的问题和挑战。

技术实现思路

1、基于此，本申请一实施例提供一种能够在常温常压下反应且成本低的烷烃的氧化方法以及反应装置。

2、第一方面，本申请提供一种烷烃的氧化方法，包括：

3、提供电解池，所述电解池中填充有电解液，以及设置于所述电解液中的第一电极和第二电极，所述电解液中含有酸性材料，所述第一电极的材料包括铜，所述第二电极的材料包括铜；

4、向所述第一电极或所述第二电极施加电压，并向所述电解液中通入烷烃和氧化剂，对所述烷烃进行氧化。

5、在一些实施方式中，所述酸性材料包括硫酸、高氯酸、磷酸、盐酸、氢溴酸和氢碘酸中的至少一种。

6、在一些实施方式中，所述电解液中氢离子浓度为1×10-7mol/l~2.0mol/l。

7、在一些实施方式中，所述电解液中还含有铜盐。

8、在一些实施方式中，所述铜盐包括cu(clo4)2、cuso4和cucl2中的至少一种。

9、在一些实施方式中，所述电解液中所述铜盐的摩尔浓度为0.05mol/l~0.8mol/l。

10、在一些实施方式中，所述烷烃包括链状烷烃和环状烷烃中的至少一种。

11、在一些实施方式中，所述烷烃氧化后的产物包括烯烃、炔烃、醇类化合物、羧酸类化合物、酮类化合物、醛类化合物、酯类化合物、酚类化合物和醚类化合物中的至少一种。

12、在一些实施方式中，所述氧化剂包括有机过氧化物、臭氧、过氧化氢、氧气和空气中的至少一种。

13、在一些实施方式中，以所述烷烃和所述氧化剂的总体积为100%计，所述氧化剂的体积占比为5%~50%。

14、在一些实施方式中，所述方法中施加的电压为恒电压。

15、在一些实施方式中，所述方法中施加的电压为0.4v~1.4v。

16、在一些实施方式中，所述方法中氧化的温度为10℃~40℃，压力为0.5atm~1.5atm。

17、第二方面，本申请提供一种反应装置，所述反应装置用于实施如第一方面所述烷烃的氧化方法，所述反应装置包括：

18、电解池，所述电解池包括壳体以及设置于所述壳体内的第一电极和第二电极，所述壳体内填充有电解液，所述壳体还开设有气体进口和气体出口，所述气体进口用于通入烷烃；所述第一电极和所述第二电极分别插入所述电解液中。

19、在一些实施方式中，所述电解池分为第一腔室和第二腔室，所述第一电极设置于所述第一腔室内，所述第二电极设置于所述第二腔室内；

20、所述气体进口包括第一气体进口和第二气体进口，所述第一气体进口设置于所述第一腔室上，所述第二气体进口设置于所述第二腔室上；

21、所述气体出口包括第一气体出口和第二气体出口，所述第一气体出口设置于所述第一腔室上，所述第二气体出口设置于所述第二腔室上；

22、所述第一腔室和所述第二腔室之间设置有隔离膜。

23、与传统技术相比，本申请至少具有如下有益效果：

24、本申请采用电化学的方法氧化烷烃制备高附加值化学品，第一电极和第二电极均包括铜，采用铜作为催化剂，能在常温常压下结合氧化剂和酸性溶液形成大量活性位点，从而能够实现温和条件下的烷烃活化反应，第一电极在电化学活化烷烃的过程伴随着铜电极的溶解；溶解到电解液中的铜离子同时沉积在第二电极上，实现了铜催化剂稳定且高效地循环利用，实现了高性能、长时间电化学活化烷烃制备高附加值化学产品的过程，而且铜材料便宜易得。因此，本申请具有方法简单、成本低和易于规模化等优点。

技术特征：

1.一种烷烃的氧化方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述烷烃的氧化方法，其特征在于，所述电解液满足如下条件中的至少一个：

3.如权利要求1所述烷烃的氧化方法，其特征在于，所述电解液中还含有铜盐。

4.如权利要求3所述烷烃的氧化方法，其特征在于，所述电解液还满足如下条件中的至少一个：

5.如权利要求1所述烷烃的氧化方法，其特征在于，所述烷烃包括链状烷烃和环状烷烃中的至少一种。

6.如权利要求1所述烷烃的氧化方法，其特征在于，所述烷烃氧化后的产物包括烯烃、炔烃、醇类化合物、羧酸类化合物、酮类化合物、醛类化合物、酯类化合物、酚类化合物和醚类化合物中的至少一种。

7.如权利要求1所述烷烃的氧化方法，其特征在于，所述氧化剂满足如下条件中的至少一个：

8.如权利要求1-7任一项所述烷烃的氧化方法，其特征在于，所述方法满足如下条件中的至少一个：

9.一种反应装置，其特征在于，所述反应装置用于实施如权利要求1-8任一项所述烷烃的氧化方法，所述反应装置包括：

10.如权利要求9所述的反应装置，其特征在于，所述电解池分为第一腔室和第二腔室，所述第一电极设置于所述第一腔室内，所述第二电极设置于所述第二腔室内；

技术总结本发明涉及化工技术领域，特别是涉及一种烷烃的氧化方法以及反应装置，方法包括：提供电解池，电解池中填充有电解液，以及设置于电解液中的第一电极和第二电极，电解液中含有酸性材料，第一电极的材料包括铜，第二电极的材料包括铜，向第一电极和所述第二电极施加电压，并向电解液中通入烷烃和氧化剂，对所述烷烃进行氧化。本申请能够在常温常压下由烷烃活化制备高附加值化学品，具有成本低和方法简单等特点。技术研发人员：陆奇,刘文萱,徐冰君受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29