專利名稱：一種基于合金金屬絲網(wǎng)-雙極膜復(fù)合電極技術(shù)制備丁二酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)合成領(lǐng)域，具體涉及電解槽中陽極的設(shè)計及一種基于合 金金屬絲網(wǎng)-雙極膜復(fù)合電極技術(shù)在陰極室制備丁二酸的方法。采用該方法具有綠色環(huán) 保，節(jié)能減排的效果。技術(shù)背景
電解生產(chǎn)中的節(jié)能技術(shù)一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。電解槽中電解液在傳質(zhì)過程中 因其阻抗發(fā)熱，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，不但不必要地增加許多副反應(yīng)，如析氫、析氧及增 加了非目標(biāo)產(chǎn)物的生成，同時還增加了電解槽中冷卻系統(tǒng)而帶來的不必要的設(shè)計及運(yùn)行 費(fèi)用，從而增加了產(chǎn)品的成本。本發(fā)明以金屬-合金絲網(wǎng)為陽極，并將陽極金屬-合金 絲網(wǎng)緊貼在雙極膜上，制備出金屬-合金絲網(wǎng)-雙極膜復(fù)合電極，將陽極室的空間大大壓 縮，實(shí)現(xiàn)了零極距電解，消減了陽極室中的傳質(zhì)阻抗，從而減小了電解槽電壓，達(dá)到了 節(jié)能的效果。
丁二酸是一種具有廣泛用途的有機(jī)化工原料。主要用于涂料、染料、塑料、粘 合劑和醫(yī)藥方面。工業(yè)上合成丁二酸主要有化學(xué)法、生物轉(zhuǎn)化法和電解法。目前，大部 分工業(yè)用丁二酸是通過化學(xué)法生產(chǎn)，主要分為氧化法、加氫法和催化加成法等，這些方 法工藝比較成熟，但存在較多的問題，如副反應(yīng)較難控制、產(chǎn)率低、純度不高、操作條 件難度高、使用催化劑價格昂貴等，而且在生產(chǎn)過程中會造成大量的污染。近年來，利 用細(xì)菌或微生物發(fā)酵獲得丁二酸，由于采用淀粉、葡萄糖、牛乳或其它微生物能夠利用 的廢料為原料，逐漸成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。但仍有大量的工作需進(jìn)一步研究和完善， 如產(chǎn)品提取效率低、產(chǎn)酸率和轉(zhuǎn)化率低、生產(chǎn)成本昂貴、產(chǎn)生的廢水量大(據(jù)估計每生 產(chǎn)It 丁二酸產(chǎn)生的廢水將達(dá)到IOt以上)等，很難滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。
電化學(xué)生產(chǎn)丁二酸技術(shù)有隔膜法和無隔膜法兩種。隔膜法多以Nafion單膜做為 電解槽的隔膜，采用該方法時因陰極室的析氫反應(yīng)使陰極液呈堿性，為保證丁二酸的生 成應(yīng)外加酸來將陰極液調(diào)至酸性；無隔膜法為了防止陰極生成的丁二酸在陽極的電聚合 反應(yīng)，存在有潛在的產(chǎn)品安全風(fēng)險，要嚴(yán)格控制陽極電位，給操作帶來不便。本發(fā)明以 順丁烯二酸酐為原料，利用雙極膜作為電解槽的隔膜，順丁烯二酸酐在陰極水解還原后 生成丁二酸，防止了丁二酸在陽極的多聚反應(yīng)，保證了產(chǎn)品的純度。此外，雙極膜中間 層中的水解離出H+透過陽離子交換層到達(dá)陰極室補(bǔ)充氫離子的消耗。在電解過程中無需 再外加無機(jī)酸來維持陰極室的酸性環(huán)境，節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時也防止了環(huán)境污染，且 具有高的電流效率，是一種綠色環(huán)保的新興工藝。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以合金金屬絲網(wǎng)為陽極，并將陽極合金金屬絲網(wǎng)緊貼在雙極膜上，制備 出合金金屬絲網(wǎng)-雙極膜復(fù)合電極，將陽極室的空間大大壓縮，實(shí)現(xiàn)了零極距電解，大大消減了陽極室中的傳質(zhì)阻抗，從而減小了電解槽電壓，達(dá)到了節(jié)能的效果。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于雙極膜技術(shù)，以價廉的順丁烯二酸酐為原料，采 用綠色環(huán)保、節(jié)能的方法，在陰極室中制備丁二酸。采用本發(fā)明方法，制備條件溫和， 在20°C 65°C下生產(chǎn)，陰極室的電流效率高于90%，達(dá)到節(jié)能的效果，目前尚未見有文 獻(xiàn)報道。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明通過以下的的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
(1)合金金屬絲網(wǎng)-雙極膜復(fù)合電極的制備
將陽離子交換膜層乳液流延于合金金屬網(wǎng)格孔距為0.1 IOmm的合金絲網(wǎng)上， 待其近干時再在陽極膜上覆以陰離子交換膜層乳液，風(fēng)干后即為合金金屬絲網(wǎng)-雙極膜 復(fù)合電極。
(2)電解槽組裝
以雙極膜作為電解槽的中間隔膜，雙極膜采用反向組裝法，即雙極膜中的陽離 子交換膜層面向陰極室，陰離子交換膜層面向陽極室；以合金金屬絲網(wǎng)作陽極；鉛電極 作為陰極。
(3)電解液
陰極室順丁烯二酸的水溶液，0.1 3.0mol · L1 ；
陽極室Imol · L1的硫酸溶液。
(4)電解條件
電流密度10 100mA/cm2 ；
支持電解質(zhì)0.1 Imol · L1的硫酸溶液。
電解槽電壓2 4V;
電解液溫度20°C 65°C。
(5) 丁二酸的制備
順丁烯二酸酐在陰極室內(nèi)水解為順丁烯二酸，繼而電還原后生成丁二酸，陰極 室中制備丁二酸的反應(yīng)方程式如下
權(quán)利要求
1.一種基于合金金屬絲網(wǎng)-雙極膜技術(shù)制備丁二酸的方法，其特征是(1)合金金屬絲網(wǎng)-雙極膜復(fù)合電極的制備將陽極液流延于合金金屬絲網(wǎng)上，待其近干時再在陽極膜上覆以陰極液，風(fēng)干后即 為合金金屬絲網(wǎng)-雙極膜復(fù)合電極；(2)電解槽組裝以雙極膜作為電解槽的中間隔膜，雙極膜采用反向組裝法，以合金金屬絲網(wǎng)作陽 極，鉛電極作為陰極；(3)電解液陰極室順丁烯二酸的水溶液，陽極室Imol · L1的硫酸溶液；(4)電解條件電流密度10 100mA/cm2，支持電解質(zhì)0.1 Imol · L1的硫酸溶液，電解槽電壓2 4V，電解液溫度20°C 65°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于合金金屬絲網(wǎng)-雙極膜技術(shù)制備丁二酸的方法，其特征 是所述的合金金屬是鋅鎳合金、錫鎳合金、鈦鎳合金、鉛鎳合金、鉛錫合金、鈦釕合 金或二氧化鉛絲網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于合金金屬絲網(wǎng)-雙極膜技術(shù)制備丁二酸的方法，其特征 是所述的合金金屬絲網(wǎng)的孔距為0.1 10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于合金金屬絲網(wǎng)-雙極膜技術(shù)制備丁二酸的方法，其特征 是所述的順丁烯二酸的水溶液，其含量為0.1 3.0mol · L10
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)合成領(lǐng)域，具體涉及電解槽中陽極的設(shè)計及一種基于合金金屬絲網(wǎng)-雙極膜復(fù)合電極技術(shù)在陰極室制備丁二酸的方法。本發(fā)明以合金金屬絲網(wǎng)為陽極，并將陽極合金金屬絲網(wǎng)緊貼在雙極膜上，制備出合金金屬絲網(wǎng)-雙極膜復(fù)合電極，將陽極室的空間壓縮至零，實(shí)現(xiàn)了零極距電解，大大消減了陽極室中的傳質(zhì)阻抗，從而減小了電解槽電壓，達(dá)到了節(jié)能的效果。本發(fā)明利用雙極膜在電場作用下解離水的機(jī)理，將水解離后生成的氫離子和氫氧根離子分別導(dǎo)入陰、陽極室中，用以調(diào)節(jié)反應(yīng)介質(zhì)的酸堿度，在丁二酸的生產(chǎn)中無需添加額外的酸，生產(chǎn)條件溫和，設(shè)備簡單。該方法為綠色環(huán)保、節(jié)能減排的新工藝。
文檔編號C25B13/02GK102021604SQ20101050786
公開日2011年4月20日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者謝鴻芳, 鄭曦, 陳雙, 陳日耀, 陳曉, 陳震 申請人:福建師范大學(xué)