[发明专利]一种氯碱工业阳极非金属分子催化剂及其制备方法

说明书

本申请公开了一种氯碱工业阳极非金属分子催化剂及其制备方法。该催化剂含有具有式I、式II或式III结构的化合物，该催化剂不含任何金属，制备工艺简单，成本低廉。该催化剂采用可循环使用的二氧化碳作为活化剂，在阳极析氯反应中显示出比工业尺寸稳定的阳极更高的催化活性以及可比的选择性和耐久性。

技术领域

本发明属于氯碱化工技术领域，尤其涉及一种氯碱工业阳极非金属分子催化剂及其制备方法。

背景技术

氯碱工业在化学工业中起着至关重要的作用，每年产出了数亿吨的氯气、氢气、氢氧化钠、氯酸钠和次氯酸钠，它们是工业，水处理和许多其他应用的基本化学物质。氯碱工业的关键反应是电解饱和食盐水析出氯气与氢气。氯碱工业的电解步骤的总耗电量约为150TW·h，约占全球用电量的3％。其中大部分电浪费在过电势上。降低阳极的过电势和贵金属用量对于氯碱工业至关重要，这取决于有效的阳极催化剂。目前在工业上主要使用的是尺寸稳定阳极(DSA)，由RuO₂/IrO₂/TiO₂的金属固溶催化剂和Ti板载体组成。DSA电极具有很高催化活性和较长寿命，然而大量使用了贵金属。

最近，研究者开发了一些新型催化剂,但仍然主要由贵金属组成。进一步发展氯碱工业需要开发新型催化剂，尤其是非贵金属催化剂。

发明内容

本申请公开一种非金属分子催化剂，其特征在于，该催化剂含有具有式I、式II或式III结构的化合物，

其中，R₁选自H、C_1-6烷烃；R₂选自H、卤代基、C_1-6烷烃、C_1-6烷氧基或C_1-6卤代烷烃；R₃选自H、卤代基、C_1-6烷烃、C_1-6烷氧基或C_1-6卤代烷烃；R₄、R₅独立选自选自H、卤代基、C_1-6烷烃、C_1-6烷氧基或C_1-6卤代烷烃。

进一步，R₁选自H、C_1-6烷烃；R₂选自H、卤代基或C_1-6卤代烷烃；R₃选自H、卤代基或C_1-6卤代烷烃；R₄、R₅独立选自选自H、卤代基、C_1-6烷烃。

更进一步，R₁选自H、甲基、乙基或特丁基(^tBu)；R₂选自H、Cl、I或CF₃；R₃选自H、Cl、I或CF₃；R₄、R₅独立选自选自H、卤代基、C_1-6烷烃。

再进一步，本申请公开一种非金属分子催化剂，其特征在于，该催化剂含有具有式I结构的化合物，取代基定义与前述相同。

优选，所述非金属分子为具有如下结构的化合物，

所述催化剂为电解槽用的阳极催化剂，特别是用于氯碱工业用电解槽的阳极催化剂。氯碱工业电解槽(或称氯碱电解槽)用于电解饱和食盐水析出氯气、氢气和氢氧化钠。

本申请公开了一种非金属分子催化剂，使用有机小分子作为催化剂活性成分，该类型有机小分子材料作为氯碱电解槽阳极催化剂为首次报道。测试结果显示该类型的非金属分子催化剂在析氯反应(CER)中表现出89mV的过电势(10kA·m^-2)和99.6％的选择性，极具商业价值。