CN107723734A - 一种利用电解法制备乙醇酸的方法 - Google Patents

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任军
程铭
韩轶
张志磊
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Abstract

本发明涉及乙醇酸甲酯水解制备乙醇酸应用领域，具体是利用电解法制备乙醇酸的方法。将水分别泵入阴极室与阳极室，乙醇酸甲酯泵入水解室后，接通电源；在通电过程中水在阳极极板上被氧化生成氧气与氢离子，氧气直接排出，氢离子通过阳离子交换膜进入水解室；阴极极板则将水还原成氢气和氢氧根离子，氢气直接排出，氢氧根离子通过阴离子交换膜进入水解室；乙醇酸甲酯在氢离子与氢氧根离子的作用下发生水解反应，生成乙醇酸和甲醇，通过精馏进行产物分离，获得乙醇酸。本发明较现有技术相比在合成工艺路线上有较为突出的改进，利用电解乙醇酸甲酯的方法，在无外加催化剂的情况下得到乙醇酸，该方法不仅简便快捷，整个过程简单易操作。

Description

一种利用电解法制备乙醇酸的方法
技术领域
本发明涉及乙醇酸甲酯水解制备乙醇酸应用领域，具体是一种利用电解法制备乙醇酸的方法。
背景技术
乙醇酸是一种重要的有机合成中间体和化工产品，目前越来越多的被应用到化学清洗、日用化工品、生物降解新材料等领域。目前工业生产一直沿用的是氯乙酸和氢氧化钠为反应原料，硫磺为催化剂，再经酯化的工艺路线。该法虽然操作简单，但酸碱量消耗大，生产过程中腐蚀和污染都比较严重而且成本高昂的缺点，迫切需要开发一条环境友好、成本低的生产工艺路线。近年来，通过酯类化合物的水解来制备相应酸产品的技术路线得到广泛的应用，此方法对环境无污染，操作简单，条件温和，符合我国绿色化工的发展要求。
本发明采用电解乙醇酸甲酯水溶液制备乙醇酸，通过水电解过程中产生的氢离子和氢氧根离子作为催化剂，在无外加催化剂的情况下，综合了酸碱催化剂的优点，直接得到所需产品，省去了产品与均相催化剂分离的过程，并且操作在常温常压下即可实施，生产过程简单安全，且符合循环经济的发展理念。
发明内容
本发明为了解决目前乙醇酸甲酯制备乙醇酸工艺路线存在的诸多问题，提供了一种无催化剂，安全，环保的新路线，具体是一种利用电解法制备乙醇酸的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种利用电解法制备乙醇酸的方法，所述方法是通过电解装置实现的，
所述电解装置包括电解池，所述电解池被阳离子交换膜和阴离子交换膜划分成具有阳极极板的阳极室、具有阴极极板的阴极室以及位于阳极室和阴极室之间的水解室，所述阳极室与水解室之间被阳离子交换膜分隔开，水解室和阴极室之间被阴离子交换膜分隔开，阳极极板和阴极极板连接至电源；
所述方法包括以下步骤：将水分别泵入阴极室与阳极室，乙醇酸甲酯泵入水解室后，接通电源；在通电过程中水在阳极极板上被氧化生成氧气与氢离子，氧气直接排出，氢离子通过阳离子交换膜进入水解室；阴极极板则将水还原成氢气和氢氧根离子，氢气直接排出，氢氧根离子通过阴离子交换膜进入水解室；乙醇酸甲酯在氢离子与氢氧根离子的作用下发生水解反应，生成乙醇酸和甲醇，通过精馏进行产物分离，获得乙醇酸。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述阳极极板与阴极极板之间的电势为3.5V。
本发明较现有技术相比在合成工艺路线上有较为突出的改进，利用电解乙醇酸甲酯的方法，在无外加催化剂的情况下得到乙醇酸，该方法不仅简便快捷，更避免了高温高压的苛刻条件，整个过程简单易操作，符合绿色化学的可持续发展理念。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述电解装置的结构示意图。
图中：1-阳极极板；2-阴极极板；3-阳离子交换膜；4-阴离子交换膜；5-阳极反应室；6-阴极反应室；7-水解室。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
图1所示了电解装置，所述电解池被阳离子交换膜3和阴离子交换膜4划分成具有阳极极板1的阳极室5、具有阴极极板2的阴极室6以及位于阳极室5和阴极室6之间的水解室7，所述阳极室5与水解室7之间被阳离子交换膜3分隔开，水解室7和阴极室6之间被阴离子交换膜4分隔开。
阳离子交换膜3在使用过程中仅允许阳离子从阳极室5进入水解室7，但阳极室5中的水和水解室7中的乙醇酸甲酯之间并不能通过阳离子交换膜3。阴离子交换膜4在使用过程中仅允许阳离子从阴极室6进入水解室7，但阴极室6中的水和水解室7中的乙醇酸甲酯之间并不能通过阴离子交换膜4。
阳极极板1和阴极极板2连接至电源。该电源可从主电源处获得，该主电源可被适当地转换并整流成具有适当电流和电压的 DC 电源。电解池通过在阳极极板1和阴极极板2之间施加电势来启动，以产生阳极室5和阴极室6中的离子和电极之间的内部化学反应。
在阳极室5中的化学反应可简单地表示为：H2O-2e-→O2↑+H+
在阴极室6中的化学反应可简单地表示为：H2O+2e-→H2↑+OH-
在水解室7中的化学反应可简单地表示为：C3H6O3+ H++ OH-→C2H4O3+CH3OH
本发明进一步提供了一种利用电解法制备乙醇酸的方法的具体实施方式，其中阳极室5的水体积为10 ml，阴极室6中的水体积为10 ml，水解室7中的乙醇酸甲酯的体积为15 ml。阴阳极极板1、2的材质均为铅合金材料。所施加的的电势为3.5 V，电解时间为15 min，通过精馏获得乙醇酸，产率为82%。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种利用电解法制备乙醇酸的方法，其特征在于，所述方法是通过电解装置实现的，
所述电解装置包括电解池，所述电解池被阳离子交换膜（3）和阴离子交换膜（4）划分成具有阳极极板（1）的阳极室（5）、具有阴极极板（2）的阴极室（6）以及位于阳极室（5）和阴极室（6）之间的水解室（7），所述阳极室（5）与水解室（7）之间被阳离子交换膜（3）分隔开，水解室（7）和阴极室（6）之间被阴离子交换膜（4）分隔开，阳极极板（1）和阴极极板（2）连接至电源；
所述方法包括以下步骤：将水分别泵入阴极室（6）与阳极室（5），乙醇酸甲酯泵入水解室（7）后，接通电源；在通电过程中水在阳极极板（1）上被氧化生成氧气与氢离子，氧气直接排出，氢离子通过阳离子交换膜（3）进入水解室（7）；阴极极板（2）则将水还原成氢气和氢氧根离子，氢气直接排出，氢氧根离子通过阴离子交换膜（4）进入水解室（7）；乙醇酸甲酯在氢离子与氢氧根离子的作用下发生水解反应，生成乙醇酸和甲醇，通过精馏进行产物分离，获得乙醇酸。
2.根据权利要求1所述的一种利用电解法制备乙醇酸的方法，其特征在于，所述阳极极板（1）与阴极极板（2）之间的电势为3.5 V。
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