CN115852399A - 一种从二氧化碳制备纯异丙醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种从二氧化碳制备纯异丙醇的方法，合成路线：1)使用膜电极组装体反应器和一种镍单原子‑氮掺杂活性炭材料电催化还原二氧化碳转化为纯一氧化碳；2)使用固态电解质电解池和一种铜凝胶材料电催化还原一氧化碳转化为纯乙酸；3)300℃常压条件下使用一种氧化铈材料催化乙酸酮基化反应得到丙酮和二氧化碳，其中二氧化碳可回收至步骤1循环利用；4)使用双极膜膜电极组装体反应器和一种晶格拉伸的钌金属纳米催化剂电催化还原纯丙酮至纯异丙醇液体。本发明通过整合二氧化碳两步电解、乙酸酮基化和丙酮电还原反应，提出了一条二氧化碳到异丙醇的高选择性、温和、绿色制备的潜在方案。

Description

一种从二氧化碳制备纯异丙醇的方法
技术领域
本发明属于新能源化工技术领域，涉及一种从二氧化碳制备纯异丙醇的合成路线，耦合二氧化碳的两步电解、乙酸酮基化和丙酮电还原多步过程，清洁经济且不依赖化石能源。
背景技术
由于人类社会发展对化石燃料的严重依赖和消耗，一方面造成二氧化碳的过度排放，引发全球气候变暖等一系列环境问题，另一方面造成能源短缺，减少二氧化碳排放、调整能源结构势在必行。使用可持续能源产生的清洁电力将多余的二氧化碳转化为高附加值的化学品不失为一种有效的减少碳排放、开辟化学品合成新路径的解决方案，但是二氧化碳电还原所得的产物种类有限，还有很多重要的化工产品的制造严重依赖化石能源，且伴随着严重的碳排放，因此，进一步利用二氧化碳电还原的产物合成化石燃料衍生的化学品意义深远。
异丙醇是重要的大宗化学品，尤其是作为化工合成的原料以及有机溶剂，得到广泛应用，具有良好的经济效益和巨大的市场份额，尤其在疫情肆虐的后新冠肺炎时代，作为医用消毒剂的一种，扩大异丙醇的生产引起了广泛关注。异丙醇的制备工艺以丙烯水合为主。直接水合法需要高温、高压环境，但使用此方法合成异丙醇，原料的单程转化率很低，而且对原料丙烯纯度的要求很高(99.5％)，大大限制了其生产规模的扩展，加重了对化石燃料丙烯的依赖，丙烯的提纯和浓缩工艺所带来的额外消耗也使得该生产工艺的成本极高，如要进一步提升转化效率，则需要更加严苛的生产条件；而间接水合法是使丙烯与硫酸成酯，得到的异丙醇硫酸酯经后续水解得到异丙醇，此种工艺对丙烯的纯度需求低，原料的获取范围更加广泛，而且丙烯的单程转化率大大提升，可减少精制费用，但需要消耗大量浓硫酸，不仅存在生产安全方面的问题，强腐蚀性的硫酸还会严重腐蚀生产设备，异丙酯水解后还会产生大量浓度不低的废酸，不能直接排放到环境中，而回收浓缩也会额外增加成本。并且这两种合成方法均基于丙烯，依赖化石燃料，综上所述，在一定程度上限制了异丙醇生产规模的扩张。丙酮加氢还原(热、电均可)也能用于生产异丙醇，但考虑到丙酮目前的主流生产方法仍旧依赖于化石燃料(丙烯、苯)，我们开始探寻从二氧化碳出发制备丙酮的可能性。为此，我们结合CO2的两步电解和乙酸的酮基化反应，设计了从二氧化碳电还原至一氧化碳，然后进一步电化学还原至乙酸或乙酸盐，最后通过羧酸酮基化这一化学催化过程从乙酸或乙酸盐得到丙酮。使用由此制备的丙酮进行电化学加氢制备异丙醇，这一路径的提出有望实现从二氧化碳出发，利用可持续能源所产生的清洁电能，不依赖任何化石燃料和石油化工过程，并且相对温和地合成异丙醇这一重要化工原料。并且考虑到合成过程步骤较多，直接合成纯产物、降低分离成本将有益于整体方案经济效益的提升。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种从二氧化碳制备纯异丙醇的方法。本发明提供的耦合二氧化碳两步电解、羧酸酮基化和丙酮电还原的合成纯异丙醇的四步工艺，实现二氧化碳到纯异丙醇的温和、绿色、清洁转化，有望应用于新能源结构框架下异丙醇的规模化生产及现场制备，不依赖于任何化石能源。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
包括二氧化碳两步电解、羧酸酮基化和丙酮电还原等共4步工艺，为降低分离成本，每一步工艺所得到的中间产物可直接应用于下一步作为原料，路线示意图如图1所示；
一种从二氧化碳制备纯异丙醇的方法，包括以下步骤：
步骤1：二氧化碳电还原过程，基于对应的催化剂、一种阴离子交换膜膜电极反应器及配套附件，在常温常压下实现一氧化碳的高效制备，纯度不影响后续过程；
步骤2：一氧化碳电还原的过程，其特征在于，基于对应的催化剂、一种固态电解质膜电极反应器及配套附件，在常温常压下实现纯乙酸水溶液的高效制备，纯度不影响后续过程；
步骤3：乙酸或乙酸盐的酮基化过程，其特征在于，基于对应的催化剂、固定床反应器及配套附件，在一定温度、常压下实现由纯乙酸水溶液或乙酸盐制备丙酮；
步骤4：丙酮电还原制备纯异丙醇的过程，其特征在于，基于对应的催化剂、双极膜膜电极反应器及配套附件，实现由纯丙酮制备纯异丙醇，不引入其他杂质。
进一步地，步骤1中所述阴离子交换膜膜电极反应器，其特征在于，包括依次贴合的阴极膜、阴离子交换膜和阳极膜，构造示意图如图2所示；
所述阴极膜复合有催化剂，其特征在于，包括但不限于镍单原子-氮掺杂活性炭、铁单原子-氮掺杂活性炭、酞菁钴分子、商用纳米氧化锌、商用纳米金粉、商用纳米银粉等材料中的一种或多种；
所述阴离子交换膜，其特征在于，包括Fumapem FAA-3-50、Sustainion X37-50 RT和Sustainion X37-FA中的一种或多种；
所述阳极膜的材质包括氧化铱、氧化钌、泡沫镍、金属铱/钌和铁镍层状双金属氢氧化物中的一种或多种；
所述膜电极固态电解质电池还包括具有凹槽的阴极外壳和具有凹槽的阳极外壳；
所述具有凹槽的阴极外壳和具有凹槽的阳极外壳贴合固定后，形成密封结构；
所述阴极外壳的凹槽以外的边缘和阳极外壳的凹槽以外的边缘之间设置有密封垫片；
所述阴极膜设置在所述阴极外壳的凹槽中；
所述阴极外壳上设置有二氧化碳进气口和二氧化碳出气口；
所述二氧化碳出气口尾接装有氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化铵溶液中的一种或多种的吸收瓶，用以吸收未完全转化的二氧化碳；
所述阳极膜设置在所述阳极外壳的凹槽中；
所述阳极外壳上设置有阳极电解液进液口和阳极电解液出液口；
所述阳极电解液包括硫酸溶液、高氯酸溶液、磷酸、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或多种。
进一步地，步骤1的制备条件参数为：二氧化碳流速为5～100标准每立方厘米每分钟，电极上催化剂负载量为0.5～2毫克每平方厘米，反应器施加电压为1.8～3.0伏特，阳极电解液流速为30～600毫升每小时。
优选地，二氧化碳流速为40～60标准每立方厘米每分钟，电极上催化剂负载量为0.8～1.2毫克每平方厘米，反应器施加电压为2.4～2.6伏特，阳极电解液流速为50～100毫升每小时。
进一步地，步骤2中所述固态电解质膜电极反应器，其特征在于，包括依次贴合的阴极膜、阴离子交换膜和阳极膜，构造示意图如图3所示：
包括阴极膜；
贴合在所述阴极膜上的阴离子交换膜；
贴合在所述阴离子交换膜上的固态电解质层；
贴合在所述固态电解质层上的阳离子交换膜；
贴合在所述阳离子交换膜上的阳极膜。
优选的，所述用于一氧化碳电还原包括用于一氧化碳电还原制备液态乙酸水溶液；
所述阴极膜包括复合有催化剂，包括但不限于铜凝胶、异质金属原子掺杂的铜凝胶、铜纳米立方体、铜纳米片、铜纳米线、铜多层球壳、铜颗粒修饰的碳材料、商用纳米铜粉等材料中的一种或多种；
所述阴离子交换膜的材质包括Fumapem FAA-3-50、Sustainion X37-50 RT和Sustainion X37-FA中的一种或多种；
所述固态电解质层的材质包括苯乙烯-二乙烯基苯共聚物、CsxH3-xPW12O40、陶瓷和10wt.％H3PO4/聚乙烯吡咯烷酮凝胶中的一种或多种；
所述阳离子交换膜的材质包括Nafion 115、Nafion 117、Nafion N212和Nafion1110中的一种或多种；
所述阳极膜的材质包括氧化铱、氧化钌、泡沫镍、金属铱/钌和铁镍层状双金属氢氧化物中的一种或多种；
所述膜电极固态电解质电池还包括具有凹槽的阴极外壳、固态电解质层边框和具有凹槽的阳极外壳；
所述具有凹槽的阴极外壳、固态电解质层边框和具有凹槽的阳极外壳贴合固定后，形成密封结构；
所述阴极外壳的凹槽以外的边缘和固态电解质层边框之间设置有密封垫片；
所述固态电解质层边框和阳极外壳的凹槽以外的边缘之间设置有密封垫片；
所述阴极膜设置在所述阴极外壳的凹槽中；
所述阴极外壳上设置有二氧化碳进气口和二氧化碳出气口；
所述固态电解质层边框上设置有进气和/或水口，以及甲酸和/或甲酸水溶液出口；
所述阳极膜设置在所述阳极外壳的凹槽中；
所述阳极外壳上设置有阳极电解液进液口和阳极电解液出液口；
所述阳极电解液包括硫酸溶液、高氯酸溶液、磷酸、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或多种。
进一步地，步骤2中的制备条件参数为：一氧化碳流速为5～100标准每立方厘米每分钟，电极上催化剂负载量为0.5～2毫克每平方厘米，反应器施加电压为2.0～3.0伏特，带出乙酸的去离子水流速为10～60毫升每小时，阳极电解液流速为30～600毫升每小时；
优选地，一氧化碳流速为40～60标准每立方厘米每分钟，电极上催化剂负载量为0.8～1.2毫克每平方厘米，反应器施加电压为2.7～2.8伏特，带出乙酸的去离子水流速为40～50毫升每小时，阳极电解液流速为50～100毫升每小时。
进一步地，步骤3中所述用于乙酸酮基化的固定床反应器，构造包括进料口、催化仓、出气口和冷阱，构造示意图如图4所示；
所述乙酸的酮基化将乙酸转化为丙酮和二氧化碳，反应温度为280～350℃，优选为290～310℃；
所述进料口通入氩气、氮气、氦气中的一种或多种作为载气，载气经过乙酸水溶液，将乙酸蒸汽通入催化仓；载气流速为5～30标准每立方厘米每分钟，优选为10～20标准立方厘米每分钟；乙酸水溶液的质量浓度为500～3000ppm，优选为1500～2500ppm；
所述催化仓装填催化剂，催化剂包括但不限于商用纳米氧化铈、商用纳米氧化锆、商用纳米氧化铝、商用纳米氧化钛等材料中的一种或多种；催化剂装填量为0.1～0.6克，优选为0.2～0.4克；
所述出气口与冷阱相接，冷阱前包括碱式干燥管吸收产生的二氧化碳以及残余的乙酸蒸汽，干燥管中的装填物包括但不限于氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂粉末中的一种或多种，所吸收的二氧化碳与步骤1中所吸收二氧化碳共同回收处理；
所述冷阱用于丙酮液体的回收。
进一步地，步骤4中所述双极膜膜电极反应器包括依次贴合的阴极膜、双极膜和阳极膜，构造示意图如图5所示；
所述丙酮电还原包括液态纯丙酮电还原制备液态纯异丙醇；
所述阴极膜复合有催化剂，包括但不限于商用纳米钌粉、商用纳米氧化钌、晶格拉伸的钌催化剂、钌修饰的碳材料等材料中的一种或多种；
所述双极膜的材料包括Fumasep FBM-PK、Aquivion-870-Durion-LMW、Dyneon-725-Durion-LMW和Nafion-1000-Durion-LMW中的一种或多种。
进一步地，所述阳极膜的催化材料包括氧化铱、氧化钌、泡沫镍、金属铱、金属钌和铁镍层状双金属氢氧化物中的一种或多种。
进一步地，所述膜电极组装体还包括具有凹槽的阴极外壳和具有凹槽的阳极外壳，阴极外壳和阳极外壳贴合构成密封结构；所述阴极外壳上设置有阴极电解液进液口和阴极电解液出液口，阴极膜设置于阴极外壳的凹槽中；所述阳极外壳上设置有阳极电解液进液口和阳极电解液出液口，阳极膜设置于阳极外壳的凹槽中。
进一步地，所述阴极外壳的凹槽以外的边缘和阳极外壳的凹槽以外的边缘之间设置有密封垫片。
进一步地，所述阴极电解液为丙酮，丙酮在阴极外壳中循环电解为纯异丙醇。
进一步地，所述阳极电解液包括氢氧化锂溶液、氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液中的一种或多种。
进一步地，制备条件参数为，丙酮流速为30～90毫升每小时，电极上催化剂负载量为0.5～2毫克每平方厘米，反应器施加电压为2.0～6.0伏特，阳极电解液流速为30～90毫升每小时；
优选地，丙酮流速为50～70毫升每小时，电极上催化剂负载量为0.8～1.2毫克每平方厘米，反应器施加电压为3.5～4.5伏特，阳极电解液流速为40～60毫升每小时。
附图说明
图1为从二氧化碳合成纯异丙醇的合成路线示意图；
图2为二氧化碳电还原制备一氧化碳过程的反应器构造示意图；
图3为一氧化碳电还原制备纯乙酸水溶液的反应器构造示意图；
图4为乙酸或乙酸盐酮基化制备丙酮的反应器构造示意图；
图5为丙酮电还原制备纯异丙醇的反应器构造示意图；
图6为二氧化碳电还原制备一氧化碳中不同电位下一氧化碳和氢气的法拉第效率；
图7为二氧化碳电还原制备一氧化碳中不同电位下一氧化碳的偏电流；
图8为一氧化碳电还原制备纯乙酸水溶液中不同电位下纯乙酸的法拉第效率；
图9为一氧化碳电还原制备纯乙酸水溶液中不同电位下纯乙酸的偏电流和纯乙酸水溶液的质量分数；
图10为最终所得异丙醇与市售异丙醇的核磁共振氢谱对比。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种从二氧化碳制备纯异丙醇的合成路线设计进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
二氧化碳电还原制备一氧化碳过程：
I.镍单原子-氮掺杂活性炭纳米催化剂合成：
(1)在常温搅拌下将商用炭黑溶解到硝酸中，炭黑的质量为1.95g，硝酸的浓度为9mol/L，体积为100mL，超声处理5min使炭黑均匀地在硝酸溶液中分散，将混合液置于烧瓶中进行冷凝回流，回流的温度为80℃，反应的时间为3h，然后冷却至室温，将冷却至室温的固体物料进行离心分离，离心分离的转速为9000转/min，离心分离的时间为5min，将离心所得产物用极性溶剂进行超声洗涤3min，然后继续进行离心分离，离心分离的转速为9000转/min，离心分离的时间为3min，再将离心所得产物用极性溶剂进行超声洗涤2min，65℃真空干燥过夜得到活性炭黑；
(2)将活性炭黑均匀分散在去离子水溶液中得到混合液A，炭黑的质量为1000mg，去离子水的体积为400mL；在室温搅拌下向混合液A中加入硝酸镍溶液并剧烈搅拌得到混合液B；硝酸镍溶液的浓度为3.0mg/mL，硝酸镍溶液的体积为40mL，使用手动缓慢滴加的方式，加入速度大约为15mL/h。将混合液B在室温下继续搅拌，持续8h，将搅拌后物料进行离心分离，离心分离的转速为8000转/min，离心分离的时间为5min，将离心所得产物用极性溶剂进行超声洗涤1min，然后继续进行离心分离，离心分离的转速为8000转/min，离心分离的时间为5min，再将离心所得产物用极性溶剂进行超声洗涤1min，真空干燥得到Ni2+-炭黑粉末，将Ni2+-炭黑粉末与尿素按质量比1：10均匀地混合，将混合后的样品置于坩埚内放入管式炉高温烧结，烧结的氛围为流速为100sccm的氩气，烧结温度为300℃，烧结的反应时间为1h，即得到Ni单原子-氮掺杂活性炭纳米催化剂。
经检测，本实施例所得镍单原子-氮掺杂活性炭纳米催化剂中镍质量分数为1.0wt.％。
II.镍单原子-氮掺杂活性炭纳米催化剂电催化二氧化碳电还原制一氧化碳：参考图2所示，以负载有镍单原子-氮掺杂活性炭纳米催化剂的碳气体扩散层为阴极，催化剂在电极上的负载量为1毫克每平方厘米，在膜电极组装体反应器中，在催化剂表面紧贴一层阴离子交换膜；以碳纸负载的氧化铱为阳极，紧贴在阴离子交换膜另一侧。两侧加上硅胶垫圈以保证密封性，加上钛板以作为集流体，在膜电极组装体中以二氧化碳纯气为原料气进行二氧化碳电还原性能测试，测试过程中二氧化碳流速保持为50sccm，阳极氢氧化钾电解液流速保持为60mL/h。测试采用恒电位方法，反应气相产物由气相色谱检测，液相产物由核磁共振氢谱检测，计算产物浓度对应的库伦量，根据电化学工作站记录的总库伦量得到催化的选择性、活性等数据。所测不同电位下各产物的法拉第效率如图6所示，所测不同电位下一氧化碳偏电流如图7所示。
实施例2
一氧化碳电还原制备纯乙酸过程：
I.铜凝胶纳米催化剂合成：常温下将500mg水合二氯化铜和120mg硝酸铅溶解于3ml异丙醇中，待固体完全溶解后，向混合液中加入3ml环氧丙烷超声分散均匀，再向混合液中加入0.3ml去离子水分散均匀后在室温下进行12h陈化，陈化结束后移除上清液，将所得固体产物进行真空干燥处理，真空干燥的温度为80℃，真空干燥的时间为12h。
II.铜凝胶纳米催化剂电催化一氧化碳电还原制纯乙酸：参考图3所示，以负载有铜凝胶纳米催化剂的碳气体扩散层为工作电极，催化剂在电极上的负载量为1毫克每平方厘米，气体流速为50标准立方厘米每分钟，在膜电极固态电解质电池中，以负载有上述铜基单原子合金催化剂的碳气体扩散层为工作电极，在催化剂表面紧贴一层阴离子交换膜；以氧化铱为对电极，在对电极表面紧贴一层阳离子交换膜，在阴离子交换膜与阳离子交换膜之间通过填充固态电解质导电。装置原理为：当一氧化碳被还原时，在阴极产生的乙酸根阴离子在电场的驱动下通过阴离子交换膜向中间固体电解质通道移动。同时，阳极侧水氧化产生的质子可以穿过阳离子膜来补偿电荷。由于所采用的固态电解质为质子导体，乙酸产物可在固态电解质与阴离子膜界面处通过离子复合而形成，并通过液态去离子水扩散出去。
在实际反应中，向固态电解质层中通入流速为50ml/h的去离子水以收集一氧化碳电还原过程中生成的乙酸。
参见图7，图7为本发明提供的含有铜凝胶纳米催化剂的膜电极固态电解质电池产纯乙酸的不同电位下乙酸的法拉第效率。
参见图8，图8为本发明提供的含有铜凝胶纳米催化剂的膜电极固态电解质电池产纯乙酸的不同电位下乙酸的偏电流和所得乙酸水溶液的质量分数。
如图7和8所示，反应过程中通入固态电解质中的去离子水流速为50ml/h，在总电流超过200mA时，纯乙酸的选择性保持在40％以上。在250mA电流下收集到的乙酸浓度超过2500ppm。
实施例3
乙酸酮基化制备丙酮过程：
参照图4，取0.2g商用氧化铈催化剂研磨压片，装填在固定床反应器中，在300℃条件下进行酮基化反应，Ar作为载气以20sccm.流速经过装有2000ppm乙酸水溶液的容器，将乙酸蒸汽带进反应器，同时从反应器中带出丙酮蒸汽和副产物二氧化碳，尾接碱式干燥管吸收二氧化碳、水汽和未完全转化的乙酸，冷阱收集液体，通过核磁共振氢谱进行定量。
实施例4
丙酮电还原制备纯异丙醇过程：
I.晶格拉伸的钌金属纳米催化剂的制备：
步骤1：常温下将70mg二氧化钌和5mL正己烷加入三口烧瓶，氮气保护下65℃回流1h，得到混合溶液；
步骤2：向步骤1所得混合溶液中加入4mL、浓度为2mol/L的正丁基锂的正己烷溶液，在65℃回流反应2h，再用正己烷洗涤2遍，无水乙醇洗涤2遍，取沉淀物，即得锂插层的钌前驱体；
步骤3：常温下将步骤2所得锂插层的钌前驱体与50mL去离子水混合，在氮气保护下室温进行超声处理1小时，离心，去上清液，用去离子水洗涤3遍，在真空烘箱中30℃干燥12h，即得晶格拉伸的钌金属纳米催化剂。
II.晶格拉伸的钌金属纳米催化剂电催化丙酮电还原制备纯异丙醇：
参照图5，进行丙酮电催化还原，催化剂在电极上的负载量为1毫克每平方厘米，采用丙酮为阴极电解液，1mol/L的氢氧化钾溶液为阳极电解液，测试过程中电解液循环流速保持为60mL/h；采用恒电位方法测试，所加全电池电位为-4V。液相产物经微量取样后由核磁共振氢谱检测。如图10所示，所得异丙醇的纯度可与市售异丙醇的纯度(99.7wt.％)媲美，根据核磁共振氢谱中峰面积的比例以及市售异丙醇的纯度计算可得所得异丙醇的纯度为99wt.％。
以上对本发明提供的一种从二氧化碳制备纯异丙醇的合成路线设计进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种从二氧化碳制备纯异丙醇的方法，其特征在于：以二氧化碳和水为原料实现纯异丙醇的制备。
2.根据权利要求1所述的一种从二氧化碳制备纯异丙醇的方法，其特征在于，所述制备过程包含二氧化碳电还原制一氧化碳、一氧化碳电还原制备纯乙酸(盐)水溶液、乙酸酮基化制备丙酮以及丙酮电还原制备纯异丙醇这4步，以下描述均基于耦合在本路线中、保证整体路线效益前提下所作的技术条件要求。
3.根据权利要求2所述的一种从二氧化碳电还原制备一氧化碳的方法，其特征在于，二氧化碳电还原通过阴离子交换膜膜电极反应器及配套附件，以及对应催化剂的作用，在阴极、常温常压条件下实现一氧化碳的高效制备，反应时二氧化碳流速为5～100标准每立方厘米每分钟，电极上催化剂负载量为0.5～2毫克每平方厘米，反应器施加电压为1.8～3.0伏特，阳极电解液流速为30～600毫升每小时，纯度不影响后续过程。
4.根据权利要求3所述的一种从二氧化碳制备一氧化碳的方法，其特征在于，所述催化剂包括但不限于镍单原子-氮掺杂活性炭、镍单原子-氮掺杂活性炭、酞菁钴分子、商用纳米氧化锌、商用纳米金粉、商用纳米银粉中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种一氧化碳电还原制备纯乙酸水溶液的方法，其特征在于，一氧化碳电还原通过固态电解质膜电极反应器及配套附件，以及对应的催化剂的作用，在常温常压下实现纯乙酸水溶液的高效制备，反应时一氧化碳流速为5～100标准每立方厘米每分钟，电极上催化剂负载量为0.5～2毫克每平方厘米，反应器施加电压为2.0～3.0伏特，带出乙酸的去离子水流速为10～60毫升每小时，阳极电解液流速为30～600毫升每小时，纯度不影响后续过程。
6.根据权利要求5所述的一种从一氧化碳电还原制备纯乙酸水溶液的方法，其特征在于，所述催化剂包括但不限于铜凝胶、异质金属原子掺杂的铜凝胶、铜纳米立方体、铜纳米片、铜纳米线、铜多层球壳、铜颗粒修饰的碳材料、商用纳米铜粉中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的一种乙酸酮基化制备丙酮的方法，其特征在于，乙酸酮基化制备丙酮通过固定床反应器及配套附件，以及对应催化剂作用，在300摄氏度、常压下实现由纯乙酸水溶液或乙酸盐制备丙酮，反应时催化剂用量为0.1～0.6克，装填在固定床反应器中，反应温度为280～350℃，载气流速为5～30标准每立方厘米每分钟，载气经过的乙酸水溶液质量浓度为500～3000ppm。
8.根据权利要求7所述的所述的一种乙酸酮基化制备丙酮的方法，其特征在于，所述催化剂包括但不限于商用纳米氧化铈、商用纳米氧化锆、商用纳米氧化铝、商用纳米氧化钛中的一种或多种。
9.根据权利要求2所述的一种丙酮电还原制备纯异丙醇的方法，其特征在于，丙酮电还原通过双极膜膜电极反应器及配套附件，以及对应催化剂作用，实现由纯丙酮制备纯异丙醇，不引入其他杂质，反应时丙酮流速为30～90毫升每小时，电极上催化剂负载量为0.5～2毫克每平方厘米，反应器施加电压为2.0～6.0伏特，阳极电解液流速为30～90毫升每小时。
10.根据权利要求9所述的一种丙酮电还原制备纯异丙醇的方法，其特征在于，作为二氧化碳制纯异丙醇路线中的一环，所述催化剂包括但不限于商用纳米钌粉、商用纳米氧化钌、晶格拉伸的钌催化剂、钌修饰的碳材料等材料中的一种或多种。
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