NO824150L - Elektrokemisk organisk syntese. - Google Patents

Elektrokemisk organisk syntese.

Info

Publication number
NO824150L
NO824150L NO824150A NO824150A NO824150L NO 824150 L NO824150 L NO 824150L NO 824150 A NO824150 A NO 824150A NO 824150 A NO824150 A NO 824150A NO 824150 L NO824150 L NO 824150L
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
carbon
mixtures
gas transfer
electrode
transfer electrode
Prior art date
Application number
NO824150A
Other languages
English (en)
Inventor
David Emmerson Brown
Stephen Martlew Hall
Mahmood Nouraldin Mahmood
Original Assignee
British Petroleum Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by British Petroleum Co filed Critical British Petroleum Co
Publication of NO824150L publication Critical patent/NO824150L/no

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00Electrolytic production of organic compounds
    • C25B3/20Processes
    • C25B3/25Reduction

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en elektrode og en fremgangsmåte for elektrokjemisk syntese av organiske forbindelser ..
Elektrokjemiske fremgangsmåter for syntetisering av organiske forbindelser er kjente. F.eks. kan vandige oppløsninger av karbondioksyd elektrokjemisk reduseres til oppløsninger av formiationer ved lave strømtettheter. Disse tidligere kjente metoder har alltid benyttet neddykkede elektroder og krever vanligvis høy overspenning hvilket igjen derfor krever at de konkurrerer med en av de følgende hydrogenutviklings-reaksjonene.
Det er således konvensjonelt å velge et elektrodemateriale på hvilket hastigheten for hydrogenutvikling er langsom. Eksempler på slike materialer innbefatter kvikksølv, bly og thallium. Siden hastigheten for hydrogenutvikling er pH-avhengig, er det også foretrukket å utføre prosessen i et nøy-tralt medium for å minimalisere de ugunstige effektene til de konkurrerende reaksjoner. Bruk av nøytrale media fremmer også oppløseligheten til karbondioksyd. En oppsummering av tidligere rapporterte resultater er gitt i tabell 1 nedenfor sammen med relevante referanser.
Fra de ovenfor angitte resultater fremgår det at den gjennom-førte strømtetthet er avhengig av masseoverføring av opp-
løst karbondioksyd til elektrodeoverflaten. I de siste tre referansene i tabell 1 har masseoverføringsbegrensningen til en viss grad blitt redusert og relativt høyere strømtettheter oppnådd ved å øke oppløseligheten for karbondioksyd ved heving av trykket over elektrolytten og/eller ved å rotere elektroden ved høy hastighet. Ingen av disse metoder er imidlertid kommersielt atraktive. For å gjøre fremgangsmåten økonomisk gjennomførlig, må dessuten strømtetthetene som rapporteres i de første fem resultatene i tabell 1 ved lavt karbondioksydtrykk forøkes i det minste med to størrelses-ordner og det ville også være ønsket å redusere reaksjons-overspenningen.
Det er nå funnet at disse problemer kan avhjelpes ved å benytte gassoverføringselektroder av den type som konvensjonelt benyttes i brenselceller.
Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en elektrokjemisk fremgangsmåte for syntetisering av karboksylsyrer ved reduksjon av gassformige oksyder av karbon, og denne fremgangsmåte er kjennetegnet ved at en gassoverførings-elektrode benyttes som katode.
Gassoverføringselektroder, også betegnet diffusjonselektroder, er velkjente. Hittil har slike elektroder blitt benyttet for kraftutvikling i brenselceller for oksydasjon av hydrogen og reduksjon av oksygen.
Gassoverføringselektrodene benyttes som katoder i foreliggende fremgangsmåte. Mest foretrukket blir gassoverføringselek-todene benyttet som hydrofobe gassoverføringselektroder.
Ved utførelse av foreliggende fremgangsmåte kan en hvilken
som helst av de konvensjonelle hydrofobe gassoverførings-elektrodene benyttes. Det er særlig foretrukket å benytte porøse, hydrofobe gassoverføringselektroder fremstilt fra en elektrokatalysator, f.eks. karbon, bundet i en polymer slik
som en polyolefin, f.eks. polyetylen, polyvinylklorid eller polytetrafluoretylen (PTFE). I tilfelle for noen reaksjoner kan en annen elektrokatalysator benyttes.
Elektrokatalytiske blandinger som på egnet måte kan benyttes, innbefatter karbon/tinn (pulver)-blandinger, karbon/ strontiumtitanatblandinger, karbon/titandioksydblandinger og sølvpulver/karbonblandinger. Grafitt kan benyttes isteden for karbon i slike elektrokatalytiske blandinger. Alle disse elektrokatalysatorer gjøres hydrofobe ved binding i en polymer slik som polyetylen eller polytetrafluoretylen (PTFE).
De spesifikke katalysatorer som velges for en gitt reaksjon vil avhenge av reaktantenes natur, den benyttede elektrolytt og de ønskede produkter.
Reaksjonene som kan anvendes for å syntetisere forskjellige organiske forbindelser ifølge foreliggende fremgangsmåte innbefatter reduksjon av karbondioksyd og karbonmonoksyd til de tilsvarende syrer, aldehyder og alkoholer. Spesielt kan maursyre og oksalsyre fremstilles ved reduksjon av karbondioksyd på denne måte.
Oppløsningsmidlet benyttet som elektrolytt for en gitt reaksjon vil avhenge av reaktantenes natur og de ønskede produkter. Både protiske og aprotiske oppløsningsmidler kan benyttes som elektrolytter. Spesielle eksempler på oppløsningsmidler innbefatter vann, sterke mineralsyrer og alkoholer slik som metanol og etanol som representerer protiske oppløsningsmidler, og alkylenkarbonater slik som propylenkarbonat som representerer aprotiske oppløsningsmidler. Oppløsningsmidlene benyttet som elektrolytter kan ha andre konvensjonelle støtte-elektrolytter, f.eks. natriumsulfat, natriumklorid og alkylammoniumsalter slik som trietylammoniumklorid.
Den elektrolytiske reaksjon utføres hensiktsmessig ved temperaturer mellom 0 og 100°C.
Ved å ta det spesifikke eksempel med karbondioksyd som en reaktant, er det mulig å regulere reaksjonen slik at den gir et ønsket produkt ved å velge den passende katalysator og elektrolytt.
For eksempel, dersom en karbon/tinn-katalysator benyttes i
et protisk oppløsningsmiddel slik som etanol, er hovedproduk-tet maursyre. Karbon/tinn-elektroden produserte maursyre ved en strømtetthet på 14 9mA/cm 2 med en strømeffektivitet på 83% og et elektrodepotensial på -1644 mV vs SCE. Når disse resultater sammenlignes med de for den tidligere teknikk oppsummert i tabell 1 ovenfor, vil oppfinnelsens overraskende natur være selvinnlysende.
Gassoverføringselektrodene ifølge oppfinnelsen kan benyttes enten for en gjennomstrømningsmåte eller for en forbistrømnings-måte. For en gjennomstrømningsmåte blir tilstrekkelig gasstrykk påført på gassiden av elektroden til å tvinge gass gjennom elektrodens porøse struktur inn i elektrolytten.
For en forbistrømningsmåte blir mindre trykk påført på gass-siden av elektroden og gass trenger ikke inn i elektrolytten.
Foreliggende oppfinnelse illustreres ytterligere under hen-visning til følgende eksempler.
De etterfølgende eksempler ble utført i en tre-romscelle om-fattende et standard kalomelelektrode-referanserom fra hvilket det strakte seg et Luggin-kapillær inn i et katoderom inneholdende gassdiffusjonskatoden og et anoderom inneholdende en platinaanode. Katode- og anoderommene var adskilt ved hjelp av en kationutvekslingsmembran for å hindre at reduk-sjonsproduktet dannet ved katoden ble oksydert ved anoden.
Den porøse gassdiffusjonskatoden ble plassert i kontakt med elektrolytten i hvert tilfelle. Karbondioksyd av ana-lytisk kvalitet ble ført på den tørre siden av elektrodeoverflaten.
PTFE-bundede porøse gassdiffusjonskatodene ifølge foreliggende oppfinnelse var basert på karbon. Findelt "Raven 410"-karbon (tilsvarende "Molacco", 23 m 2/g med middels resistivi-tet) og "Vulcan XC72" (230 m<2>/g ledende kjønrøk) ble benyttet i eksemplene. Karbonet ble oppslemmet med en PTFE-dispersjon (Ex ICI GPI) og der dette er angitt, et ytterligere metall eller forbindelse, og vann. Oppslemmingen ble klebet på et substrat som var et blyplettert diagonalvevet nikkel-nettverk. Substratet med den påklebede massen ble herdet ved oppvarming under hydrogen i en time ved 300°C med mindre annet er angitt.
Analyser av karboksylsyreinnhold både i vandige og aprotiske oppløsninger ble foretatt under anvendelse av enten ione-vekslings-væskekromatografi eller høyeffektiv-væskekromato-grafi.
Detaljene for benyttede elektrokatalysatorer, elektrolytter og reaksjonsbetingelser og oppnådde resultater er vist i det nedenstående. Alle angitte prosentangivelser er ved vekt.
Eksempler 1- 4
Si^tEQ^f E§™§tilling__og_ elektrokj emisk_testin2
"Vulcan XC72"-karbon ble blandet med en passende mengde PTFE-dispersjon ("Fluon", GPI) og destillert vann for dannelse av en oppslemming. Denne oppslemming ble gjentatte ganger påført på en blyplettert nikkelnettverk- eller kobbernett-verk-strømsamler inntil alle perforeringene ved visuell undersøkelse var fullstendig dekket med katalysatorblandingen. Etter tørking i en ovn ved 100°C i 10 minutter, ble elektroden sammenpresset under anvendelse av en metallstav som ble rullet over elektroden flere ganger inntil katalysatorblandingen var fast innleiret i trådnettsubstratet. Elektroden ble tilslutt herdet under nitrogen ved 300°C i 1 time.
De resulterende elektroder ble montert i en sylindrisk glass-holder som hadde et gassinnløp og et -utløp forbundet med et vannmanometer. Holderen ble deretter anbragt i cellen på flytende måte ved et karbondioksydtrykk på ca. 2 cm vann for å holde en side av elektroden tørr. Elektrodene ble til slutt benyttet for elektrolyse ved et konstant potensial (vist i tabell 2 nedenfor) i 90 minutter i vandig natrium-kloridoppløsning (25% vekt/vol.) og ved romtemperatur.
Eksempel 5
Katalysator: 23,8% "Raven 410"-karbon, 28,6% PTFE og
47,6% tinnpulver (150 ym).
Potensial: -1644 vs SCE
2
Strømtetthet: 150 mA/cm
Elektrolytt: 5% vandig oppløsning av natriumklorid pH: 4-5 ved romtemperatur (22,5°C) Effektivitet: 83% for maursyre
Eksempel 6
Katalysator: 71,5% "Raven 410"-karbon, 28,5% PTFE Potensial: -1767 mV vs SCE
2
Strømtetthet: 115 mA/cm
Elektrolytt: 5% vandig oppløsning av natriumsulfat pH: 3,5-5 ved romtemperatur (20-22,5°C) Effektivitet: 43% for maursyre

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for elektrokjemisk syntetisering av karboksylsyrer ved reduksjon av gassformige oksyder av karbon, karakterisert ved at det anvendes en gassoverføringselektrode som katode.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den benyttede elektrolytt velges fra protiske og aprotiske oppløsningsmidler.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at gassoverføringselektroden er en porøs, hydrofob gassoverføringselektrode fremstilt fra karbon eller grafitt blandet med polymer.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det tilsettes en annen elektrokatalysator til blandingen.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at den benyttede elektrokatalytiske blanding velges fra karbon/tinnpulver-blandinger, karbon/strontiumtitanatblandinger, karbon/titandioksyd-blandinger og sølvpulver/ karbon-blandinger.
6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den elektrolytiske reaksjon utføres ved temperaturer mellom 0 og 100°C.
7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at maursyre fremstilles ved reduksjon av karbondioksyd .
NO824150A 1981-12-11 1982-12-09 Elektrokemisk organisk syntese. NO824150L (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8137524 1981-12-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NO824150L true NO824150L (no) 1983-06-13

Family

ID=10526564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO824150A NO824150L (no) 1981-12-11 1982-12-09 Elektrokemisk organisk syntese.

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4474652A (no)
EP (1) EP0081982B1 (no)
JP (1) JPS58110684A (no)
CA (1) CA1227158A (no)
DE (2) DE3263940D1 (no)
IN (1) IN156001B (no)
NO (1) NO824150L (no)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8503095D0 (en) * 1985-02-07 1985-03-13 British Petroleum Co Plc Electrochemical process
JPH0631450B2 (ja) * 1986-05-30 1994-04-27 田中貴金属工業株式会社 二酸化炭素の電解還元による一酸化炭素および有機化合物の生成方法
ATE188514T1 (de) * 1989-03-31 2000-01-15 United Technologies Corp Elektrolysezelle und verwendungsmethode
US4921585A (en) * 1989-03-31 1990-05-01 United Technologies Corporation Electrolysis cell and method of use
US5928806A (en) * 1997-05-07 1999-07-27 Olah; George A. Recycling of carbon dioxide into methyl alcohol and related oxygenates for hydrocarbons
FR2863911B1 (fr) * 2003-12-23 2006-04-07 Inst Francais Du Petrole Procede de sequestration de carbone sous la forme d'un mineral dans lequel le carbone est au degre d'oxydation +3
JP2009511740A (ja) * 2005-10-13 2009-03-19 マントラ エナジー オールターナティヴス リミテッド 二酸化炭素の連続並流電気化学還元
AU2008247280A1 (en) * 2007-05-04 2008-11-13 Principle Energy Solutions, Inc. Production of hydrocarbons from carbon and hydrogen sources
CA2749136A1 (en) 2009-01-29 2010-08-05 Princeton University Conversion of carbon dioxide to organic products
US20110114502A1 (en) * 2009-12-21 2011-05-19 Emily Barton Cole Reducing carbon dioxide to products
US8500987B2 (en) 2010-03-19 2013-08-06 Liquid Light, Inc. Purification of carbon dioxide from a mixture of gases
US8721866B2 (en) 2010-03-19 2014-05-13 Liquid Light, Inc. Electrochemical production of synthesis gas from carbon dioxide
US8845877B2 (en) 2010-03-19 2014-09-30 Liquid Light, Inc. Heterocycle catalyzed electrochemical process
US8956990B2 (en) 2010-03-26 2015-02-17 Dioxide Materials, Inc. Catalyst mixtures
US20110237830A1 (en) * 2010-03-26 2011-09-29 Dioxide Materials Inc Novel catalyst mixtures
US9957624B2 (en) 2010-03-26 2018-05-01 Dioxide Materials, Inc. Electrochemical devices comprising novel catalyst mixtures
US9193593B2 (en) 2010-03-26 2015-11-24 Dioxide Materials, Inc. Hydrogenation of formic acid to formaldehyde
US9012345B2 (en) 2010-03-26 2015-04-21 Dioxide Materials, Inc. Electrocatalysts for carbon dioxide conversion
US9566574B2 (en) 2010-07-04 2017-02-14 Dioxide Materials, Inc. Catalyst mixtures
US9815021B2 (en) 2010-03-26 2017-11-14 Dioxide Materials, Inc. Electrocatalytic process for carbon dioxide conversion
US9790161B2 (en) 2010-03-26 2017-10-17 Dioxide Materials, Inc Process for the sustainable production of acrylic acid
US10173169B2 (en) 2010-03-26 2019-01-08 Dioxide Materials, Inc Devices for electrocatalytic conversion of carbon dioxide
US8845878B2 (en) 2010-07-29 2014-09-30 Liquid Light, Inc. Reducing carbon dioxide to products
US8524066B2 (en) 2010-07-29 2013-09-03 Liquid Light, Inc. Electrochemical production of urea from NOx and carbon dioxide
KR20130112037A (ko) 2010-09-24 2013-10-11 데트 노르스키 베리타스 에이에스 이산화탄소의 전기화학적 환원을 위한 방법 및 장치
US8961774B2 (en) 2010-11-30 2015-02-24 Liquid Light, Inc. Electrochemical production of butanol from carbon dioxide and water
US8568581B2 (en) 2010-11-30 2013-10-29 Liquid Light, Inc. Heterocycle catalyzed carbonylation and hydroformylation with carbon dioxide
US9090976B2 (en) 2010-12-30 2015-07-28 The Trustees Of Princeton University Advanced aromatic amine heterocyclic catalysts for carbon dioxide reduction
US8562811B2 (en) 2011-03-09 2013-10-22 Liquid Light, Inc. Process for making formic acid
CN104024478A (zh) 2011-07-06 2014-09-03 液体光有限公司 二氧化碳捕集和转化成有机产物
EP2729601B1 (en) 2011-07-06 2018-05-09 Avantium Knowledge Centre B.V. Reduction of carbon dioxide to oxalic acid, and hydrogenation thereof
WO2014047661A2 (en) 2012-09-24 2014-03-27 Dioxide Materials, Inc. Devices and processes for carbon dioxide conversion into useful fuels and chemicals
US10647652B2 (en) 2013-02-24 2020-05-12 Dioxide Materials, Inc. Process for the sustainable production of acrylic acid
CA2950294C (en) * 2014-05-29 2022-07-19 Liquid Light, Inc. Method and system for electrochemical reduction of carbon dioxide employing a gas diffusion electrode
US10774431B2 (en) 2014-10-21 2020-09-15 Dioxide Materials, Inc. Ion-conducting membranes
US10975480B2 (en) 2015-02-03 2021-04-13 Dioxide Materials, Inc. Electrocatalytic process for carbon dioxide conversion
EP3831982A1 (en) * 2019-12-02 2021-06-09 Vito NV Electrochemical co2 conversion

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2273796A (en) * 1936-12-31 1942-02-17 Nat Carbon Co Inc Method of electrolytic preparation of nitrogen compounds
NL301540A (no) * 1962-12-10
US3344045A (en) * 1964-10-23 1967-09-26 Sun Oil Co Electrolytic preparation of carboxylic acids
IL54408A (en) * 1978-03-31 1981-09-13 Yeda Res & Dev Photosynthetic process for converting carbon dioxide to organic compounds
US4240882A (en) * 1979-11-08 1980-12-23 Institute Of Gas Technology Gas fixation solar cell using gas diffusion semiconductor electrode
GB2069533A (en) * 1980-02-19 1981-08-26 Shell Int Research Process for the electrochemical preparation of alkadienedioic acids
US4310393A (en) * 1980-05-29 1982-01-12 General Electric Company Electrochemical carbonate process

Also Published As

Publication number Publication date
DE3263940D1 (en) 1985-07-04
EP0081982A1 (en) 1983-06-22
JPS58110684A (ja) 1983-07-01
DE81982T1 (de) 1983-09-29
EP0081982B1 (en) 1985-05-29
US4474652A (en) 1984-10-02
IN156001B (no) 1985-04-20
CA1227158A (en) 1987-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO824150L (no) Elektrokemisk organisk syntese.
US4921586A (en) Electrolysis cell and method of use
Chu et al. Methanol electro‐oxidation on unsupported Pt‐Ru alloys at different temperatures
Takenaka et al. Solid polymer electrolyte water electrolysis
US4609440A (en) Electrochemical synthesis of methane
US3506494A (en) Process for producing electrical energy utilizing platinum-containing catalysts
Savadogo et al. Five percent platinum‐tungsten oxide‐based electrocatalysts for phosphoric acid fuel cell cathodes
US4457824A (en) Method and device for evolution of oxygen with ternary electrocatalysts containing valve metals
EP0390157B1 (en) Electrolysis cell and method of use
US4414092A (en) Sandwich-type electrode
CA1195949A (en) Hydrogen chloride electrolysis in cell with polymeric membrane having catalytic electrodes bonbed thereto
US4460444A (en) Hydriodic acid-anode-depolarized hydrogen generator
US4772364A (en) Production of halogens by electrolysis of alkali metal halides in an electrolysis cell having catalytic electrodes bonded to the surface of a solid polymer electrolyte membrane
Saeki et al. Electrochemical Reduction of Liquid CO 2: Drastic Enhancement of Current Density
EP0034447A2 (en) Electrocatalyst
Jiang et al. Redox‐Stabilized Sn/SnO2 Nanostructures for Efficient and Stable CO2 Electroreduction to Formate
CA2503244C (en) One-step electrosynthesis of borohydride
Card et al. Electrogenerative oxidation of dissolved sulfur dioxide with packed-bed anodes
EP0029279A1 (en) Material for electrodes and electrolytic cells with anodes consisting of this material
US3507701A (en) Process of using fuel cell including tungsten oxide catalyst
Card et al. Electrogenerative oxidation of model alcohols at packed bed anodes
US4402805A (en) Electrochemical process to prepare p-hydroxymethylbenzoic acid with a low level of 4-CBA
Rethinam et al. Indirect electrooxidation of crotyl and cinnamyl alcohol using a Ni (OH) 2 electrode
US3728159A (en) Electrochemical cell with modified crystalline disulfide electrocatalysts
US20230332308A1 (en) Sulfur-Doped Tin Oxide Catalysts for Electrochemical Conversion of CO2 into Aqueous Formate/Formic Acid Solutions