用于合成有机碳酸酯的电解槽、电解系统和方法

本发明涉及有机电化学合成的领域，具体涉及一种用于合成有机碳酸酯的电解槽、电解系统和方法。

背景技术：

1、传统的热合成有机碳酸酯方法基本都是在高温高压且需要催化剂的条件下完成，不仅增加了设备投入成本，而且催化剂的加入也增加了分离成本。近几年电催化合成技术以及光催化合成技术也被逐渐应用到酯的合成中。与热催化相比，电催化合成有机碳酸酯的方法可以在低温常压下进行，反应条件更加温和，而且可以大幅度节约能耗成本。但是目前的电催化合成有机碳酸酯的技术主要采用间歇式电解池反应器，限制了电催化合成有机碳酸酯的技术的进一步规模化应用，不适用于工业中需要大规模合成有机碳酸酯的情况。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是现有的电催化合成有机碳酸酯的技术不适用于大规模合成有机碳酸酯的情况。

2、为了解决上述技术问题，本技术提供了一种用于合成有机碳酸酯的电解槽，包括第一端板、第二端板、阳极电极、阴极电极和板框，第二端板与第一端板间隔地相对设置；阳极电极和阴极电极的数量均为一个或多个，阳极电极和阴极电极间隔地设置在第一端板和第二端板之间，当阳极电极或阴极电极中的数量大于一时，阳极电极和阴极电极交替地排布在第一端板和第二端板之间；相邻的阳极电极和阴极电极之间设置有板框，当板框的数量为一个时，板框上设置有进料口和出料口；当板框的数量为大于一个时，至少一个板框上设置有进料口，且至少一个板框上设置有出料口；板框上设有连通进料口以及出料口的腔体，腔体与相邻的阳极电极以及相邻的阴极电极连通，进料口用于通入合成有机碳酸酯的原料以及电解质的混合液，出料口用于导出电解产物。

3、在一种实施例中，当板框的数量为大于一时，每个板框上均设置有进料口和出料口，阳极电极和阴极电极用于与电源并联连接；

4、或者，当板框的数量为大于一时，进料口和出料口的数量均为一个，进料口设置于与第一端板最近的板框上，出料口设置于与第二端板最近的板框上，位于进料口与出料口之间的阳极电极和/或阴极电极上设置有贯穿孔，阳极电极和阴极电极用于与电源串联连接。

5、在一种实施例中，当板框的数量为大于等于四时，阳极电极、阴极电极、板框形成至少一组串联电解堆和至少一组并联电解堆；在并联电解堆中，每个板框上均设置有进料口和出料口，并联电解堆的阳极电极和阴极电极用于与电源并联连接；在串联电解堆中，最靠近第一端板的板框上设置有进料口，最靠近第二端板的板框上设置有出料口，位于进料口与出料口之间的阳极电极和/或阴极电极上设置有贯穿孔，串联电解堆的阳极电极和阴极电极用于与电源串联连接。

6、在一种实施例中，阴极电极的材质为导电碳材料、导电金属材料、导电合金材料、钛、锌、铜、镍、钴、银、铂、不锈钢、铱、钽、锡、锑、金刚石中的至少一种；阳极电极的材料为惰性电极、表面带有涂层的导电碳材料、表面带有涂层的导电金属材料、表面带有涂层的导电合金材料中的至少一种，涂层为铂、碳、金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物中的至少一种，惰性电极为石墨、铂电极、玻碳、硼掺杂金刚石、碳纤维材料、锡锑电极、铱钽电极中的至少一种；板框的材质为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、增强型聚偏二氟乙烯、增强型聚四氟乙烯中的至少一种。

7、在一种实施例中，用于合成有机碳酸酯的电解槽还包括垫片，阳极电极与相邻的板框通过垫片连接，阴极电极与相邻的板框通过垫片连接；第一端板与相邻的阳极电极或阴极电极通过垫片连接，第二端板与相邻的阳极电极或阴极电极通过垫片连接。

8、为了解决上述技术问题，本技术还提供了一种用于合成有机碳酸酯的电解系统，包括储液件、电解槽、输送泵、流量计、产物收集装置以及控温装置，储液件用于存储合成有机碳酸酯的原料和电解质的混合液；电解槽为上述任一实施例所涉及的用于合成有机碳酸酯的电解槽；输送泵具有入口端和出口端，输送泵的入口端与储液件连通，输送泵的出口端与电解槽的进料口连通；流量计设置于电解槽的进料口和输送泵的出口端之间，并与电解槽和输送泵液路连通，以测量流入电解槽内的液体的流量；产物收集装置与电解槽的出料口连通，以收集电解槽的电解产物；控温装置用于控制储液件、电解槽、产物收集装置的温度。

9、为了解决上述技术问题，本技术还提供了一种电解合成有机碳酸酯的方法，采用上述任一项所涉及的用于合成有机碳酸酯的电解槽电解合成有机碳酸酯，或者，采用上述任一实施例所涉及的用于合成有机碳酸酯的电解系统电解合成有机碳酸酯，方法至少包括以下步骤：

10、将合成有机碳酸酯的原料和电解质充分混合，得到混合液；

11、向电解槽的进料口持续地通入合成有机碳酸酯的原料和电解质的混合液以进行持续的电解反应；

12、从电解槽的出料口持续地导出电解反应的产物；

13、对电解反应的产物进行分离，分离出有机碳酸酯。

14、在一种实施例中，有机碳酸酯为碳酸甲乙酯，合成有机碳酸酯的原料为乙醇和碳酸二甲酯，乙醇和碳酸二甲酯的摩尔比为(1-10):1，或者，合成有机碳酸酯的原料为甲醇和碳酸二乙酯，甲醇和碳酸二乙酯的摩尔比为(1-10):1；

15、电解质为无机盐、季铵盐、咪唑类离子液体中的一种或多种，电解质的浓度为0.05mo l/l-5mo l/l，电解反应温度为零下10℃-35℃，电解反应压力为常压，进料口的进料流速为5ml/min-200ml/min。

16、在一种实施例中，有机碳酸酯为联产的碳酸二甲酯和二元醇，合成有机碳酸酯的原料为甲醇和环状碳酸酯，或者，有机碳酸酯为联产的碳酸二乙酯和二元醇，合成有机碳酸酯的原料为乙醇和环状碳酸酯；环状碳酸酯为碳酸乙烯酯或者碳酸丙烯酯，环状碳酸酯的浓度为0.1mo l/l-5mo l/l，电解质为无机盐、季铵盐、咪唑类离子液体中的一种或多种；电解质的浓度为0.01mo l/l-5mo l/l，电解反应温度为零下10℃-35℃，电解反应压力为常压，进料口的进料流速为1ml/min-50ml/min。

17、在一种实施例中，有机碳酸酯为碳酸二甲酯，合成有机碳酸酯的原料为甲醇和尿素，或者，有机碳酸酯为碳酸二乙酯，合成有机碳酸酯的原料为乙醇和尿素，电解质为无机盐、季铵盐、咪唑类离子液体中的一种或多种，电解质的浓度为0.01mo l/l-5mo l/l；电解反应温度为零下10℃-35℃，电解反应压力为常压；进料口的进料流速为0.1ml/min-20ml/min。

18、本技术提供了一种用于合成有机碳酸酯的电解槽、电解系统和方法，合成有机碳酸酯的电解槽包括第一端板、第二端板、阳极电极、阴极电极和板框，第二端板与第一端板间隔地相对设置；阳极电极和阴极电极的数量均为一个或多个，阳极电极和阴极电极间隔地设置在第一端板和第二端板之间，当阳极电极或阴极电极中的数量大于一时，阳极电极和阴极电极交替地排布在第一端板和第二端板之间；相邻的阳极电极和阴极电极之间设置有板框，当板框的数量为一个时，板框上设置有进料口和出料口；当板框的数量为大于一个时，至少一个板框上设置有进料口，且至少一个板框上设置有出料口；板框上设有连通进料口以及出料口的腔体，腔体与相邻的阳极电极以及相邻的阴极电极连通，进料口用于通入合成有机碳酸酯的原料以及电解质的混合液，出料口用于导出电解产物。该用于合成有机碳酸酯的电解槽不仅解决了热合成过程中存在温度较高、催化剂难分离、成本高等问题，还启停快、绿色环保、耗能小，而且也为电合成有机碳酸酯提供了规模化应用的连续电解的电解槽，为实现电合成有机碳酸酯的连续规模化化生产提供了一种切实有效的途径。

19、附图说明

20、图1为本技术一实施例提供的用于合成有机碳酸酯的电解系统；

21、图2为本技术一实施例提供的用于合成有机碳酸酯的电解槽；

22、图3为本技术另一实施例提供的用于合成有机碳酸酯的电解槽。