[发明专利]一种碱性体系下强化煤浆电解制备有机物的方法

说明书

技术领域

本发明属于煤炭高值转化技术领域，特别是涉及一种利用煤浆电解阳极氧化反应制备有机物的方法。

背景技术

煤作为动力燃料是一种非常重要的化石资源，但将其直接转化为化学品才是实现高值化利用必然途径。目前，工业化的煤炭转化工艺，操作过程常需要在高温高压条件下进行，对设备的材质性能要求较高，而且目标产物常需要二次合成，导致耗能增加。因此，在较温和的条件下，将煤直接转化为化学品具有重大的经济价值。

通过煤浆氧化降解的方法可将煤直接转化为有机化学品。研究表明，将煤氧化降解后可获得腐植酸、苯多羧酸，以及小分子酸类，如甲酸、乙酸、丙二酸等。在水电解制氢过程中，为了提高阴极电解制氢效率，二十世纪七十年代，人们研究了煤浆电解。研究表明煤浆电解不仅提高了阴极电解制氢效率，同时还降低了煤种的硫元素，实现了煤的温和脱硫。由于电解水制氢过程阳极产生了多种强氧化性的介质，如OH^-和OH₂^-，在电场的作用下它们的浓度和速率可控性优良，导致这些氧化性介质备受关注，如有机废水的电化学降解等技术均是利用其电解水阳极产生的强氧化介质。另外，煤浆电解脱硫也是利用水电解阳极发生的氧化反应来实现的。

通过提高电极材料的性能，强化煤浆电解阴极制氢效率一直是该领域重要的研究方向。

例如CN101054683A公开一种电解煤浆制氢的阳极催化电极的制备方法，特别是采用循环伏安法在基体钛的纳米多孔二氧化钛薄膜上沉积铂、钌、铱催化层的阳极催化电极的制备方法，属电化学沉积工艺技术领域。该发明制备方法的步骤包括：（1）金属钛基体的预处理；（2）钛基体表面层状多孔TiO₂薄膜的生成；（3）表面的清洗处理；（4）在TiO₂薄膜上进行贵金属催化层沉积；主要过程和步骤是在电解槽内，以硫酸为支持电介质，并加入贵金属催化剂溶液H₂PtCl₆6H₂O，RuCl₃，IrCl₃中的一种或两种。在-0.2V-0.5V电位范围内，以50mV/S的扫描速度在有超声震荡或磁力搅拌的条件下进行扫描，催化层的沉积厚度由扫描圈数进行控制。该发明方法制得的Ti/TiO₂-Pt-Ru、Ti/TiO₂-Pt-Ir复合电极为高活性催化电极，可提高电解电流密度及电解电流效率。

CN101717950A公开了一种电解煤浆的阳极催化电极的制备方法，也即是制备一种金属钛基材上镀覆有钴镍氧化物与铂的合金电极的方法，属电化学材料制备工艺技术领域。该发明制备过程的步骤包括：（1）金属钛基体的预处理；（2）在钛基体上恒电流和分步电沉积方法生成铂钴镍合金催化层；（3）在钛基体电沉积金属后，在烘箱中加热预处理和在马弗炉中加热后处理，处理温度为400~600℃。该发明主要电解沉积过程在电解槽内进行，沉积铂、钴和镍分别采用的主盐是：H₂PtCl₆·6H₂O、CoSO₄·6H₂O和NiSO₄·7H₂O。

现有技术通过控制的合适的煤浆电解条件，将煤有机结构部分氧化降解，可获得有机化学品，然而煤浆电解阳极氧化制备有机物产量相对较少，一般为200-300mg/L。为了提高其电解氧化制备有机物的量，本发明的特点在于向水煤浆中加入特定的催化剂及施加外场（例如添加离子液体），强化煤颗粒在电解过程的降解作用，实现煤炭在温和条件下的高效氧化，提高电解液中有机碳的含量，将这些物质分离提纯获得高附加值有机物，提高了阴极电解制氢效率的同时，合理地利用阳极氧化反应，实现了煤炭的高值化转化。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种碱性体系下强化煤浆电解制备有机物的方法，本方法条件温和，操作条件可控性强。

所述方法包括：将煤破碎，然后将煤样置于阳极室中与电解质配成煤浆，加入催化剂和/或施加外场，电解，获得高附加值有机物。煤浆电解制备有机物的一个实施方案的流程如图1所示。

在本发明方法中，由于催化剂和施加外场（例如添加离子液体）能够降低煤中某些官能团、化学键的键能，同时也能萃取出部分有机小分子，在电解时强化煤颗粒降解能力，使得煤颗粒最大程度的电解并发生氧化反应，氧化后滤液总有机碳含量较高。