CN116479445A - 一种环氧丙烷的电化学合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，包括以下步骤：S1、提供电解池，并将阳极和阴极分别浸没于电解池的电解液中；S2、向阳极的电解液中通入丙烯；S3、采用恒电流或恒电压法进行电化学反应，阳极产生的氧化态物种与丙烯反应生成中间产物，阴极产生碱性物种；S4、碱性物种与中间产物反应生成环氧丙烷。本发明以丙烯为原料，通过电化学合成方法以高效地法拉第效率生成环氧丙烷，合成方法简单、高效、成本低；同时，采用不同的方式将丙烯通入电解液中，大大增加了丙烯在电解液中的溶解度，在电能驱动下，高效生产环氧丙烷，整个电化学合成过程绿色高效、简单直接，无多余副产物的生成。

Description

一种环氧丙烷的电化学合成方法
技术领域
本发明电化学合成技术领域，特别是涉及一种环氧丙烷的电化学合成方法。
背景技术
我国环氧丙烷的生产以氯醇法生产工艺为主，氯醇法生产环氧丙烷工艺的研究始于20世纪30年代，1931年美国联合碳化物公司(UCC)建成一套以丙烯和氯气为原料，采用氯醇法技术生产环氧丙烷的装置，第一次实现了环氧丙烷生产的工业化。20世纪60年代后期，随着世界石油化工的兴起和世界经济的快速发展，聚氨酯泡沫塑料工业发展迅速，对环氧丙烷需求量剧增，导致该工艺技术得到较快发展。
氯醇法生产环氧丙烷的技术主要包括丙烯氯醇化、石灰乳皂化、产品精制、副产物回收、石灰乳制备和“三废”处理等工序。丙烯、氯气和水按一定比例进入氯醇化反应器中，在常压或略高于常压、35℃～90℃条件下进行反应，反应生成质量分数约为4％的氯丙醇水溶液；氯丙醇水溶液与过量的石灰乳混合后进入皂化反应器，氯丙醇被皂化成环氧丙烷，然后迅速汽提得到90％～95％的粗环氧丙烷；其中，皂化废液中约含质量分数为4％的CaCl2，残余Ca(OH)2和杂质从皂化塔底排出，废液中的热量经回收利用后送至废液预处理工序；然后粗环氧丙烷进入产品精制单元，经精馏提纯后获得环氧丙烷成品。
上述传统的工艺存在对设备腐蚀严重、产生的含氯废水严重污染环境等缺点。作为一种传统的生产工艺，氯醇法因其废气废水废渣“三废”排放量高，在国内外生产中正逐步被淘汰。探究环境友好、直接高效的环氧丙烷合成技术，已成为当前技术攻关的目标。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种绿色高效、简单直接、低成本的环氧丙烷的电化学合成方法，以低品相的丙烯为原料，以高效的法拉第效率生产环氧丙烷。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，所述环氧丙烷的电化学合成方法包括以下步骤：
S1、提供电解池，并将阳极和阴极分别浸没于所述电解池的电解液中；
S2、向所述阳极的电解液中通入丙烯；
S3、采用恒电流或恒电压法进行电化学反应，所述阳极产生的氧化态物种与所述丙烯反应生成中间产物，所述阴极产生碱性物种；
S4、所述碱性物种与所述中间产物反应生成环氧丙烷。
优选地，当步骤S1中所述阳极为表面具有多孔的呈中空管状结构的中空纤维电极时，步骤S2中向所述阳极的电解液中通入丙烯的方式，具体为：将呈中空管状结构的所述中空纤维电极的一端封住，然后将丙烯自所述中空纤维电极的另一端通入。
优选地，所述中空纤维电极包括负载RuO2的Ti基中空纤维电极、负载IrO2的Ti基中空纤维电极、负载IrO2/RuO2复合镀层的Ti基中空纤维电极中的一种。
优选地，当步骤S1中所述阳极为板材或型材时，步骤S1中的所述电解池中设置有隔膜，所述隔膜将所述电解池分隔为阳极腔室和阴极腔室，所述阳极浸没于所述阳极腔室的电解液中，所述阴极浸没于所述阴极腔室的电解液中。
优选地，所述阳极的材质为单纯的石墨材质，和/或，所述阳极的材质为以Ni、Ti、Pb为基底，含铂系金属或铂系金属氧化物镀层的复合材质。
优选地，步骤S2中向所述阳极的电解液中通入丙烯的方式包括：直接向所述阳极腔室的电解液中泵入丙烯；或预先将丙烯溶于电解液中，然后再将溶解有丙烯的电解液加入电解池中；或预先将丙烯溶于有机溶剂中形成液体，然后将形成的液体加入电解液中。
优选地，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇中的一种或组合。
优选地，步骤S1中所述阴极的材质为Ni、Pt、C、碳素钢材质中的一种或组合。
优选地，步骤S1中所述电解液的浓度为0.5mol/L～4mol/L。
优选地，步骤S1中所述电解液包括LiCl、KCl、NaCl、CaCl2、AlCl3、MgCl2、SnCl2、LiBr、KBr、NaBr、CaBr2、AlBr3、MgBr2、SnBr2溶液中的一种或组合。
优选地，步骤S2中通入所述丙烯的流速为25mL/min～50mL/min。
优选地，步骤S3中采用恒电流法进行电化学反应时，在阳极与阴极之间施加10mAcm-2～1500mAcm-2的电流密度。
优选地，步骤S3中采用恒电压法进行电化学反应时，在阳极与阴极之间施加2V～50V的电压。
优选地，步骤S4中所述碱性物种与所述中间产物反应生成环氧丙烷，具体为，所述碱性物种与所述中间产物直接在电解池中发生反应生成环氧丙烷。
优选地，步骤S4中所述碱性物种与所述中间产物反应生成环氧丙烷，具体为，将所述阳极腔室中生成有所述中间产物的电解液和所述阴极腔室中生成有碱性物种的电解液均导出后，再混合，所述碱性物种与所述中间产物反应生成环氧丙烷。
如上所述，本发明的环氧丙烷的电化学合成方法，具有以下有益效果：
本发明以丙烯为原料，通过电化学合成方法以高效地法拉第效率生成环氧丙烷，采用呈中空管状结构的中空纤维电极作为阳极时，不需要采用隔膜将电解池的阳极与阴极之间分隔开，将丙烯通过中空纤维电极的一端通入，然后自中空纤维电极表面的孔隙中扩散出来，直接采用恒电流或恒电压法进行电化学反应，阳极产生的氧化态物种与扩散出来的丙烯反应生成中间产物直接与阴极产生的碱性物种在电解池中反应，合成方法简单、高效、成本低，且反应过程中生成环氧丙烷的法拉第效率高。
另外，本发明采用板材或型材式的阳极时，采用隔膜将电解池分隔成阳极腔室和阴极腔室，以防止阳极电解生成的氧化态物种与阴极电解生成的碱性物种之间会相互产生干扰，从而产生不必要的复杂产物，影响整个电化学反应的效率；同时，采用不同的方式将丙烯通入电解液中，大大增加了丙烯在电解液中的溶解度，在电能驱动下，高效生产环氧丙烷，整个电化学合成过程绿色高效、简单直接，无多余副产物的生成。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该环氧丙烷的电化学合成方法包括以下步骤：
S1、提供电解池，并将阳极和阴极分别浸没于电解池的电解液中；
S2、向阳极的电解液中通入丙烯；
S3、采用恒电流或恒电压法进行电化学反应，阳极产生的氧化态物种与丙烯反应生成中间产物，阴极产生碱性物种；
S4、碱性物种与中间产物反应生成环氧丙烷。
作为示例，当步骤S1中阳极为表面具有多孔的呈中空管状结构的中空纤维电极时，步骤S2中向阳极的电解液中通入丙烯的方式，具体为：将呈中空管状结构的中空纤维电极的一端封住，然后将丙烯自中空纤维电极的另一端通入。
具体的，中空纤维电极呈中空管状结构，且中空纤维电极的管内壁与管外壁表面均呈多孔状，将中空纤维电极的一端用树脂封死，丙烯自中空纤维电极的另一端通入，然后自中空纤维电极的管壁的孔隙中扩散出来。
作为示例，中空纤维电极包括负载RuO2的Ti基中空纤维电极、负载IrO2的Ti基中空纤维电极、负载IrO2/RuO2复合镀层的Ti基中空纤维电极中的一种。
具体的，负载RuO2的Ti基中空纤维电极的制备方法具体为：先提供Ti基中空纤维电极，然后将Ti基中空纤维电极浸渍于质量浓度为10wt％～50wt％(比如10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％等)的RuCl3-xH2O水溶液中，再于400℃～700℃(比如400℃、500℃、600℃、700℃等)的空气氛围下焙烧30min的空气氛围下焙烧30min～60min(比如30min、40min、50min、60min等)，重复浸渍和烧结的步骤10～30次(比如10、20、30等)，得到RuO2的Ti基中空纤维电极；负载IrO2的Ti基中空纤维电极的制备方法同负载RuO2的Ti基中空纤维电极的制备方法，不同在于，浸渍液为10wt％～50wt％(比如10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％等)的IrCl3-xH2O水溶液；负载IrO2/RuO2复合镀层的Ti基中空纤维电极的制备方法同负载RuO2的Ti基中空纤维电极的制备方法，不同在于，浸渍液为质量浓度为10wt％～50wt％(比如10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％等)的RuCl3-xH2O水溶液与、质量浓度为10wt％～50wt％(比如10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％等)的IrCl3-xH2O水溶液按照质量比1:1混合的混合溶液。
作为示例，当步骤S1中阳极为板材或型材时，步骤S1中的电解池中设置有隔膜，隔膜将电解池分隔为阳极腔室和阴极腔室，阳极浸没于阳极腔室的电解液中，阴极浸没于阴极腔室的电解液中。
具体的，隔膜优选为离子交换膜，但关于离子交换膜的具体材质以及其他性能指标，在此均不做过分限制，能够满足实际的使用需求即可。本发明具体实施例中，采用隔膜将电解池分隔成阳极腔室和阴极腔室，以防止阳极电解生成的氧化态物种与阴极电解生成的碱性物种之间会相互产生干扰，从而产生不必要的复杂产物，影响整个电化学反应的效率。
作为示例，阳极的材质为单纯的石墨材质，和/或，阳极的材质为以Ni、Ti、Pb为基底，含铂系金属或铂系金属氧化物镀层的复合材质。
具体的，阳极可以是单纯的石墨做成的板材或型材；阳极也可以是以Ni、Ti、Pb为基底，在基底上负载有铂系金属或铂系金属氧化物镀层的复合材质制成的板材或型材，具体关于在基底上负载铂系金属或铂系金属氧化物镀层的方法，在此不做过分限制。
优选地，阳极为板材或型材时，阳极的材质为以Ni、Ti、Pb为基底，RuO2为镀层的复合材质；更优选地，阳极的材质为以Ti为基底，IrO2为镀层的复合材质；或者，阳极的材质为以Ti为基底，IrO2与RuO2为复合镀层的复合材质。
作为示例，当步骤S1中阳极为板材或型材时，步骤S2中向阳极的电解液中通入丙烯的方式包括：直接向阳极腔室的电解液中泵入丙烯；或预先将丙烯溶于电解液中，然后再将溶解有丙烯的电解液加入电解池中；或预先将丙烯溶于有机溶剂中形成液体，然后将形成的液体加入电解液中。
具体的，上述三种通入丙烯的方式均大大增加了丙烯在电解液中的溶解度，进而提高生产效率。
作为示例，有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇中的一种或组合。
作为示例，步骤S1中阴极的材质为Ni、Pt、C、碳素钢材质中的一种或组合。
优选地，阴极的材质为Ni、低碳素钢中的一种或组合。
作为示例，步骤S1中电解液的浓度为0.5mol/L～4mol/L。
具体的，电解液的浓度可包括0.5mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L等任何范围内的数值，具体可根据实际进行调节。
作为示例，步骤S1中电解液包括LiCl、KCl、NaCl、CaCl2、AlCl3、MgCl2、SnCl2、LiBr、KBr、NaBr、CaBr2、AlBr3、MgBr2、SnBr2溶液中的一种或组合。
具体的，当电解液为LiCl、KCl、NaCl、CaCl2、AlCl3、MgCl2、SnCl2溶液中的一种或组合时，在步骤S3中阳极产生的氧化态物种包括Cl2、HClO、HOClO、HOClO2、HOClO3、H2O2等；当电解液为LiBr、KBr、NaBr、CaBr2、AlBr3、MgBr2、SnBr2溶液中的一种或组合时，在步骤S3中阳极产生的氧化态物种包括Br2、HBrO、HOBrO、HOBrO2、HOBrO3、H2O2中的一种或组合。
具体的，步骤S3中阴极产生的碱性物种包括：OH-、H3O-、NaOH、KOH、LiOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2、Al(OH)3中的一种或组合。
作为示例，步骤S2中通入所述丙烯的流速为25mL/min～50mL/min。
具体的，通入丙烯的流速可包括25mL/min、30mL/min、40mL/min、45mL/min、50mL/min等任何范围内的数值，具体可根据实际进行调节。
作为示例，步骤S2中通入所述丙烯的温度为-185℃～100℃。
具体的，通入丙烯的温度可包括-185℃、-150℃、-100℃、-50℃、0℃、50℃、100℃等任何范围内的数值，具体可根据实际进行调节。
作为示例，步骤S2中通入所述丙烯的供气压力为50kPa～500kPa。
具体的，通入丙烯的供气压力可包括50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa、450kPa、500kPa等任何范围内的数值，具体可根据实际进行调节。
优选地，通入丙烯的温度为25℃，供入丙烯的供气压力为1atm。
作为示例，步骤S3中采用恒电流法进行电化学反应时，在阳极与阴极之间施加10～1500mAcm-2的电流密度。
具体的，电流密度可包括10mAcm-2、100mAcm-2、500mAcm-2、1000mAcm-2、1500mAcm-2等任何范围内的数值，具体可根据实际进行调节。
作为示例，步骤S3中采用恒电压法进行电化学反应时，在阳极与阴极之间施加2V～50V的电压。
具体的，电压可包括2V、5V、10V、20V、30V、40V、45V、50V等任何范围内的数值，具体可根据实际进行调节。
作为示例，当步骤S1中阳极为表面具有多孔的呈中空管状结构的中空纤维电极时，步骤S4中碱性物种与中间产物反应生成环氧丙烷，具体为，碱性物种与中间产物直接在电解池中发生反应生成环氧丙烷。
具体的，本发明具体实施例中的电解池不需要采用隔膜将电解池的阳极与阴极之间分隔开，将丙烯通过中空纤维电极的一端通入，然后自中空纤维电极表面的孔隙中扩散出来，直接采用恒电流或恒电压法进行电化学反应，阳极产生的氧化态物种与扩散出来的丙烯反应生成中间产物直接与阴极产生的碱性物种在电解池中反应，合成方法简单、高效、成本低，且反应过程中生成环氧丙烷的法拉第效率高。
作为示例，步骤S4中碱性物种与中间产物反应生成环氧丙烷，具体为，将阳极腔室中生成有中间产物的电解液和阴极腔室中生成有碱性物种的电解液均导出后，再混合，碱性物种与中间产物反应生成环氧丙烷。
具体的，在具体实施例中，阳极腔室与阴极腔室之间有隔膜隔开，阳极产物与阴极产物相互隔开，互不干扰，可以分别将阳极腔室中的电解液和阴极腔室中的电解液均导出后，再混合，碱性物种与中间产物反应生成环氧丙烷，待提取环氧丙烷产物之后，通过电动泵再将电解液供回电解池，形成电解液的循环利用；具体关于如何将电解液导出，在此不做过分限制。
另外，步骤S4中还可以将阳极腔室中生成有中间产物的电解液导入阴极腔室中，使中间产物与碱性物种反应；步骤S4中还可以将阴极腔室中生成有碱性物种的电解液导入阳极腔室中，使中间产物与碱性物种反应，但具体导入的方式，在此均不做过分限制。
为了更好的理解本发明中环氧丙烷的电化学合成方法，下面参考具体实施例对本发明中的环氧丙烷的电化学合成方法进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
下述各个实施例中环氧丙烷的电化学合成方法均是在25℃，1atm条件下进行的，即通入丙烯的温度为25℃，丙烯的供气压力为1atm，且电解池的材质均为亚克力材质；负载RuO2的Ti基中空纤维电极的制备方法具体为：先提供Ti基中空纤维电极，然后将Ti基中空纤维电极浸渍于质量浓度为10wt％的RuCl3-xH2O水溶液中，再于400℃的空气氛围下焙烧30min的空气氛围下焙烧30min，重复浸渍和烧结的步骤10次，得到RuO2的Ti基中空纤维电极；负载IrO2的Ti基中空纤维电极的制备方法具体为：先提供Ti基中空纤维电极，然后将Ti基中空纤维电极浸渍于质量浓度为10wt％的IrCl3-xH2O水溶液中，再于400℃的空气氛围下焙烧30min的空气氛围下焙烧30min，重复浸渍和烧结的步骤10次，得到IrO2的Ti基中空纤维电极。
实施例1
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，包括以下步骤：
S1、提供电解池，以负载RuO2的Ti基中空纤维电极作为阳极，低碳钢网作为阴极，并将阳极和阴极分别浸没于电解池的电解液中；其中，电解液为1mol/L的KCl溶液；
S2、向负载RuO2的Ti基中空纤维电极的一端以25mL/min的流速通入丙烯；
S3、采用恒电流装置在阳极与阴极间施加300mA cm-2的电流密度，阳极产生的氧化态物种与丙烯反应生成中间产物，阴极产生碱性物种；
S4、碱性物种与中间产物直接在电解池中发生反应生成环氧丙烷。
将电解液抽出后，提取环氧丙烷产物，然后将电解液重新供回电解池中，形成电解液循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达90％。
实施例2
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例1的不同在于：步骤S3中施加500mA cm-2的电流密度，其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将电解液抽出后，提取环氧丙烷产物，然后将电解液重新供回电解池中，形成电解液循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达85％。
实施例3
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例1的不同在于：步骤S3中施加10mA cm-2的电流密度，其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将电解液抽出后，提取环氧丙烷产物，然后将电解液重新供回电解池中，形成电解液循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达98％。
实施例4
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例1的不同在于：步骤S3中施加1500mA cm-2的电流密度；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将电解液抽出后，提取环氧丙烷产物，然后将电解液重新供回电解池中，形成电解液循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达75％。
实施例5
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例1的不同在于：步骤S1中的电解液为4mol/L的KCl溶液；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将电解液抽出后，提取环氧丙烷产物，然后将电解液重新供回电解池中，形成电解液循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达75％。
实施例6
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例1的不同在于：步骤S1中的电解液为0.5mol/L的KCl溶液；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将电解液抽出后，提取环氧丙烷产物，然后将电解液重新供回电解池中，形成电解液循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达60％。
实施例7
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例1的不同在于：步骤S1中的电解液为1mol/L的KBr溶液；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将电解液抽出后，提取环氧丙烷产物，然后将电解液重新供回电解池中，形成电解液循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达80％。
实施例8
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例1的不同在于：步骤S1中的电解液为1mol/L的CaCl2溶液；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将电解液抽出后，提取环氧丙烷产物，然后将电解液重新供回电解池中，形成电解液循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达78％。
实施例9
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例1的不同在于：步骤S2中通入丙烯的流速为50mL/min；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将电解液抽出后，提取环氧丙烷产物，然后将电解液重新供回电解池中，形成电解液循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达85％。
实施例10
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例1的不同在于：步骤S1中采用镍网作为阴极；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将电解液抽出后，提取环氧丙烷产物，然后将电解液重新供回电解池中，形成电解液循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达90％。
实施例11
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例11的不同在于：步骤S1中以负载IrO2的Ti基中空纤维电极作为阳极，采用镍网作为阴极；其他方法和步骤同实施例11中的相同，在此不再赘述。
将电解液抽出后，提取环氧丙烷产物，然后将电解液重新供回电解池中，形成电解液循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达90％。
实施例12
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例1的不同在于：步骤S3中采用恒电压装置在阳极与阴极间施加10V的电压；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将电解液抽出后，提取环氧丙烷产物，然后将电解液重新供回电解池中，形成电解液循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达75％。
实施例13
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例1的不同在于：步骤S3中采用恒电压装置在阳极与阴极间施加2V的电压；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将电解液抽出后，提取环氧丙烷产物，然后将电解液重新供回电解池中，形成电解液循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达95％。
实施例14
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例1的不同在于：步骤S3中采用恒电压装置在阳极与阴极间施加50V的电压；其他方法和步骤同实施例1中的相同，在此不再赘述。
将电解液抽出后，提取环氧丙烷产物，然后将电解液重新供回电解池中，形成电解液循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达70％。
实施例15
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，包括以下步骤：
S1、提供电解池，在电解池中设置隔膜将电解池分隔成阳极腔室和阴极腔室，阳极浸没于阳极腔室的电解液中，阴极浸没于阴极腔室的电解液中；其中，阳极以Ti基底上负载有RuO2的复合材质制成的板材为阳极，低碳钢网作为阴极，电解液为1mol/L的KCl溶液；
S2、直接向阳极腔室的电解液中以25mL/min的流速泵入丙烯；其中，泵入丙烯的温度为25℃，泵入丙烯的供气压力为100kPa；
S3、采用恒电流装置在阳极与阴极间施加300mA cm-2的电流密度，阳极产生的氧化态物种与丙烯反应生成中间产物，阴极产生碱性物种；
S4、将阳极腔室中生成有中间产物的电解液和阴极腔室中生成有碱性物种的电解液均导出后，再混合，碱性物种与中间产物反应生成环氧丙烷。
提取环氧丙烷后，将剩余的电解液重新供回电解池中，形成电解池循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达75％。
实施例16
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例16的区别在于：步骤S2中预先将丙烯溶于电解液中，然后再将溶解有丙烯的电解液加入阳极腔室中，其中，向电解液中通入丙烯的流速为25mL/min；其他方法和步骤同实施例16中的相同，在此不再赘述。
提取环氧丙烷后，将剩余的电解液重新供回电解池中，形成电解池循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达80％。
实施例17
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例16的区别在于：步骤S2中预先将丙烯溶于甲醇中形成液体，然后将形成的液体加入阳极腔室的电解液中；其他方法和步骤同实施例16中的相同，在此不再赘述。
提取环氧丙烷后，将剩余的电解液重新供回电解池中，形成电解池循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达60％。
实施例18
本实施例提供一种环氧丙烷的电化学合成方法，该方法同实施例16的区别在于：步骤S4中将阳极腔室中生成有中间产物的电解液导入阴极腔室中，碱性物种与中间产物反应生成环氧丙烷；其他方法和步骤同实施例16中的相同，在此不再赘述。
提取环氧丙烷后，将剩余的电解液重新供回电解池中，形成电解池循环利用，经测试，本实施例中环氧丙烷的法拉第效率达75％。
综上所述，本发明以丙烯为原料，通过电化学合成方法以高效地法拉第效率生成环氧丙烷，采用呈中空管状结构的中空纤维电极作为阳极时，不需要采用隔膜将电解池的阳极与阴极之间分隔开，将丙烯通过中空纤维电极的一端通入，然后自中空纤维电极表面的孔隙中扩散出来，直接采用恒电流或恒电压法进行电化学反应，阳极产生的氧化态物种与扩散出来的丙烯反应生成中间产物直接与阴极产生的碱性物种在电解池中反应，合成方法简单、高效、成本低，且反应过程中生成环氧丙烷的法拉第效率高；另外，本发明采用板材或型材式的阳极时，采用隔膜将电解池分隔成阳极腔室和阴极腔室，以防止阳极电解生成的氧化态物种与阴极电解生成的碱性物种之间会相互产生干扰，从而产生不必要的副产物，影响整个电化学反应的效率；同时，采用不同的方式将丙烯通入电解液中，大大增加了丙烯在电解液中的溶解度，在电能驱动下，高效生产环氧丙烷，整个电化学合成过程绿色高效、简单直接，无多余副产物的生成。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于，所述环氧丙烷的电化学合成方法包括以下步骤：
S1、提供电解池，并将阳极和阴极分别浸没于所述电解池的电解液中；
S2、向所述阳极的电解液中通入丙烯；
S3、采用恒电流或恒电压法进行电化学反应，所述阳极产生的氧化态物种与所述丙烯反应生成中间产物，所述阴极产生碱性物种；
S4、所述碱性物种与所述中间产物反应生成环氧丙烷。
2.根据权利要求1所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：当步骤S1中所述阳极为表面具有多孔的呈中空管状结构的中空纤维电极时，步骤S2中向所述阳极的电解液中通入丙烯的方式，具体为：将呈中空管状结构的所述中空纤维电极的一端封住，然后将丙烯自所述中空纤维电极的另一端通入。
3.根据权利要求2所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：所述中空纤维电极包括负载RuO2的Ti基中空纤维电极、负载IrO2的Ti基中空纤维电极、负载IrO2/RuO2复合镀层的Ti基中空纤维电极中的一种。
4.根据权利要求1所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：当步骤S1中所述阳极为板材或型材时，步骤S1中的所述电解池中设置有隔膜，所述隔膜将所述电解池分隔为阳极腔室和阴极腔室，所述阳极浸没于所述阳极腔室的电解液中，所述阴极浸没于所述阴极腔室的电解液中。
5.根据权利要求4所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：所述阳极的材质为单纯的石墨材质，和/或，所述阳极的材质为以Ni、Ti、Pb为基底，含铂系金属或铂系金属氧化物镀层的复合材质。
6.根据权利要求4所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：步骤S2中向所述阳极的电解液中通入丙烯的方式包括：直接向所述阳极腔室的电解液中泵入丙烯；或预先将丙烯溶于电解液中，然后再将溶解有丙烯的电解液加入电解池中；或预先将丙烯溶于有机溶剂中形成液体，然后将形成的液体加入电解液中。
7.根据权利要求6所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇中的一种或组合。
8.根据权利要求1所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：步骤S1中包括以下条件中的一项或组合：
所述阴极的材质为Ni、Pt、C、碳素钢材质中的一种或组合；
所述电解液的浓度为0.5mol/L～4mol/L；
所述电解液包括LiCl、KCl、NaCl、CaCl2、AlCl3、MgCl2、SnCl2、LiBr、KBr、NaBr、CaBr2、AlBr3、MgBr2、SnBr2溶液中的一种或组合。
9.根据权利要求1所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：步骤S2中通入所述丙烯的流速为25mL/min～50mL/min。
10.根据权利要求1所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：步骤S3中包括以下条件中的一项或组合：
采用恒电流法进行电化学反应时，在阳极与阴极之间施加10mAcm-2～1500mAcm-2的电流密度；
采用恒电压法进行电化学反应时，在阳极与阴极之间施加2V～50V的电压。
11.根据权利要求2所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：步骤S4中所述碱性物种与所述中间产物反应生成环氧丙烷，具体为，所述碱性物种与所述中间产物直接在电解池中发生反应生成环氧丙烷。
12.根据权利要求4所述的环氧丙烷的电化学合成方法，其特征在于：步骤S4中所述碱性物种与所述中间产物反应生成环氧丙烷，具体为，将所述阳极腔室中生成有所述中间产物的电解液和所述阴极腔室中生成有碱性物种的电解液均导出后，再混合，所述碱性物种与所述中间产物反应生成环氧丙烷。
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