[发明专利]一种放电等离子体驱动烯烃环氧化反应的方法和装置

说明书

本发明公开了一种放电等离子体驱动烯烃环氧化反应的方法和装置，方法为：对CO₂与惰性气体的混合气体或单独CO₂气体施加电场，将产生CO和游离O原子均匀导入烯烃溶液中，游离O原子与烯烃进行环氧化反应；所述电场通过激励电源产生。本发明的CO₂气体放电等离子体的产物中只有O原子具有氧化性，选择性高，产物纯度大幅提高，无需任何催化剂，液相合成环氧化物，适用于不同种类烯烃，成本低。

技术领域

本发明属于等离子体合成化学品技术领域，涉及一种放电等离子体驱动烯烃环氧化反应的装置和方法。

背景技术

环氧化物是一类极为重要的有机合成中间体，广泛应用于石油化工、精细化工等领域，在国民经济中占有重要地位。例如，环氧乙烷可用于合成洗涤剂、乳化剂等化工产品，环氧丙烷的衍生物广泛用于食品、药品、烟草等行业。同时相关研究报道显示，仅环氧大豆油（一种塑料助剂）的全球市场规模预计到2026年就将达到6.9亿美元，未来几年的复合增长率超过10%。环氧化物用途广泛、市场需求巨大，使其制备方法一直是实验室基础研究和工业应用研究的热点。

目前环氧化物最主要的制备方法为烯烃环氧化。传统工业生产主要采用氯醇法或过酸氧化法来实现环氧化过程，但这两种方法工艺繁琐、安全隐患高，甚至会产生大量污染性废液。例如，利用氯醇法制备环氧丙烷的过程中，大量氯气的使用导致设备腐蚀和环境污染问题非常严重。随着绿色化学概念的普及，研究人员希望通过催化氧化水分子、氧分子或过氧化氢等绿色“氧源”来驱动环氧化反应。例如在最新的公开文献（Journal of theAmerican Chemical Society, 2019, 141(15): 6413–6418.）中，纳米氧化锰催化剂配合电解反应可催化氧化水分子产生游离O原子，进而驱动烯烃环氧化反应，最终在常温常压条件下达到50%的环氧化物产率。催化氧化提供了一种环境相容性较好的烯烃环氧化方法，但目前催化体系结构复杂、成本高昂或稳定性较差一直是限制该方法工业应用的困扰难题。

由于气体放电产生等离子体的过程可以直接生成游离O原子，因此利用等离子体诱导烯烃环氧化有望实现环氧化制备工艺的新突破。例如，现有技术1（一种用丙烯、氧直接合成环氧丙烷的高压放电反应器和方法）在气相中进行烯烃环氧化反应，但该方法只适用于丙烯，并不适用于其它烯烃，具有很大的局限性，而且反应过程中副产物多，产率低。目前等离子体驱动烯烃环氧化反应的方法和装置仍不成熟，如何更高效率地产生O原子，同时O原子更高效率地与烯烃发生环氧化反应，是现有技术亟待解决的一些难题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种放电等离子体驱动烯烃环氧化反应的方法和装置，CO₂气体放电等离子体的产物中只有O原子具有氧化性，选择性高，产物纯度大幅提高，无需任何催化剂，液相合成环氧化物，适用于不同种类烯烃，成本低，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种放电等离子体驱动烯烃环氧化反应的方法，对CO₂与惰性气体的混合气体或单独CO₂气体施加电场，将产生CO和游离O原子均匀导入烯烃溶液中，CO自动溢出，游离O原子与烯烃溶液进行环氧化反应；所述电场通过激励电源产生。

进一步的，所述CO₂和惰性气体的流速比例为0.5%-5%。

进一步的，所述烯烃溶液为烯烃与溶剂的混合液。

进一步的，所述溶剂能够溶解烯烃和O原子，且不与烯烃或游离O原子发生反应。

一种放电等离子体驱动烯烃环氧化反应装置，包括：

等离子体发生装置，用于通过激励电源对CO₂与惰性气体的混合气体或单独CO₂气体施加电场，产生CO和游离O原子；