[发明专利]一种甲烷的电化学制备方法

说明书

本发明公开了一种甲烷的电化学制备方法，该方法以惰性电极为工作电极和对电极，以己二酸和酸性电解质在质子或非质子溶剂中的溶液为电解液，进行电解，得到甲烷，其中己二酸在所述电解液中的浓度不低于0.5mol/L。本发明首次采用电化学的方法制备甲烷，己二酸是一种可再生的绿色原料，可以完全采用水溶液体系，得到的甲烷自然分离，产物纯度高。

技术领域

本发明属于电化学合成技术领域，具体涉及一种甲烷的电化学制备方法。

背景技术

随着不可再生化石的日益枯竭以及环境污染问题的日益突出，研究开发可再生的碳中性的化工产品，对于缓解石油危机、改善环境污染状况、实现可持续发展具有战略性意义

甲烷是一种可燃性气体，而且可以人工制造。从来源上说，目前可以商用的甲烷丙烷多是不可再生的，且其使用或者最终的分解等会增加大气中的CO₂含量。现有技术甲烷的制备方法大多生产周期相对较长，准备工艺繁琐、复杂，反应因对温度、压力等条件要求较高而导致能耗以及对设备的要求较高，往往还需要加入催化剂，产物后分离比较麻烦，并且原子经济性低。

电化学有机合成的方法具有以下突出的优点：所需仪器较简单、准备工序较少、反应条件温和、得到反应生成物所需时间较短、以及产物后处理简单、不需要外加催化剂、原子经济性高、反应过程绿色等。Kolbe反应可以利用一元羧酸R-COOH电解得到R-R烷烃，但利用单独高浓度的己二酸进行电解得到甲烷还没有报道。

发明内容

本发明首次采用以己二酸为原料电催化制备甲烷。本发明的技术方案如下：

本发明公开了一种甲烷的电化学制备方法，该方法以惰性电极为工作电极和对电极，以己二酸和酸性电解质在质子或非质子溶剂中的溶液为电解液，进行电解，得到甲烷，其中己二酸在所述电解液中的浓度不低于0.5mol/L。当己二酸浓度小于0.5mol/L时副产物丙烷含量较多。

优选地，所述质子或非质子化合物溶剂为去离子水、甲醇、丙酮或乙腈中的一种或几种。

优选地，所述酸性电解质为强酸、弱酸或强酸弱碱盐。

优选地，所述惰性电极为金属铂或石墨。

优选地，工作电压一般不低于3.5V。

优选地，通过选择铂电极为工作电极来提高所述制备方法的法拉第效率以及产物甲烷的选择性。

优选地，通过选择碱性化合物作为支持电解质、并提高支持电解质的浓度和电解液的碱性来提高所述制备方法的法拉第效率以及产物甲烷的选择性。

优选地，通过加大工作电压来提高所述制备方法的法拉第效率以及产物甲烷的选择性。

本发明可以使用或不使用参比电极。一般实验室使用参比电极，工业化生产不需要参比电极。

本发明的有益效果：

1、本发明采用电化学的方法制备甲烷，使用电流作为反应试剂及催化剂、无需危险有毒添加物加入、反应过程简单、反应可在常温常压下发生、反应过程中产生更少的废物、反应周期短、反应转换率高、反应成本较传统方法更低、不排放对环境有害的尾气、反应过程绿色等优点。

2、本发明采用己二酸做原料制备甲烷。己二酸是一种可再生的绿色原料，具有来源广、价廉、可生物降解、无毒等优点，可以从纤维素、半纤素、植物淀粉等发酵而得到。

3、本发明的方法可以完全采用水溶液体系作为电解液制备甲烷。水作为一种环境友好的溶剂，以水做溶剂不仅满足“绿色化学”的要求，且产生的甲烷气体不溶于水，且密度小于水会自然地从水中逸出，可与水溶液自然分离。因此电解完成后产物的收集过程变得相较于传统的制备方法更为精简，不仅节省了大量的时间，也降低了整个过程的能耗，环境友好，成本低，产物纯度高。易于工业化生产。