[发明专利]一种离子液体辅助电催化氧化制备苯酚的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电催化氧化方法，尤其是涉及一种离子液体辅助电催化氧化制备苯酚的方法。

背景技术

苯酚俗称石炭酸，外观为白色或无色结晶，有特殊气味和一定的腐蚀性，在空气中易变成粉红色，在室温下微溶于水、乙醚、氯仿、甘油和二硫化碳，几乎不溶于石油醚。苯酚是一种重要的有机化工原料，是丙烯的重要衍生物之一，主要用于生产酚醛树脂、己内酞胺、双酚A、己二酸、苯胺、烷基酚、水杨酸等，此外还可以用作溶剂、试剂和消毒剂等，在合成纤维、合成橡胶、塑料、医药、农药、香料、染料以及涂料等方面具有广泛的应用。目前，工业生产苯酚的工艺主要有异丙苯法、甲苯-苯甲酸法和磺化法等，其中异丙苯法是最主要的方法。考虑苯酚生产的经济效益和环境问题，不仅需要改进现有的生产工艺，而且还要开发新的合成方法和路线。本发明主要是在铂电极和离子液体作用下，通过电催化氧化制取苯酚，苯溶于离子液体中，反应生成的苯酚可通过乙醚萃取，避免在离子液体相中被深度氧化，离子液体可重复使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用离子液体辅助电催化氧化制备苯酚的方法，可有效简化现有的生产工艺，进一步提高苯酚生产的经济效益和环境问题。

本发明的方法是在一个双室的电解槽内，利用铂电极和离子液体的催化性能，降低反应活化能，催化氧化苯生成苯酚。具体方法如下：

如附图所示，本发明由阴极室、阴极、阳极室、阳极、阳离子离子交换膜、整流电源、搅拌器和萃取池组成的电催化氧化系统，1-乙基3-甲基咪唑三氟乙酸盐(分子式为[EMIM]Tfa)和苯放入阳极室，双氧水(30％)用流量计量蠕动泵缓慢滴加在阳极液表面，流量控制在3-7mL/h，阴极室为蒸馏水，在阳极室中设置一个可控制速度的搅拌器，温度为60-90℃。其特征是以铂电极为阳极，钛涂钌惰性电极作为阴极，电流密度为5～10A/dm²。离子液体可以循环使用，苯酚用乙醚萃取。直流电由一硅整流电源提供，电解槽电压为10.0～25V，反应时间为4～8小时。

本发明的原理反应如下：

阳极室中的双氧水首先在阳极失去电子在氧化体系中产生羟基自由基(·OH)中间体，然后在铂电极和离子液体的共同催化作用下，以(·OH)为主要氧化剂与苯发生反应生成苯酚，阳极产生的氢离子通过阳离子交换膜进入到阴极表面发生电极反应生成氢气，其反应机理为：

阳极：

阴极：2H⁺+2e→H₂

在上述电催化氧化过程中，以H₂O₂在直流电场的作用下电解生成的(·OH)为氧化剂，原子经济性高，也无环境污染，离子液体[EMIM]Tfa既是溶剂又是催化剂，是一条最受青睐的环境友好和可持续发展的合成路线。

本发明的特点是：

(1)催化效率稳定，氧化剂利用率高达95％以上，催化电极使用寿命长。

(2)再生过程易于控制，制备工艺流程简单，工艺条件要求低；

(3)设备紧凑，再生时间短，从而可节约大量的生产费用。

附图说明

图为用于本发明的电催化氧化系统。

具体实施方式

如附图所示，阴极室、阴极、阳极室、阳极、阳离子离子交换膜、整流电源、搅拌器和萃取池组成的电催化氧化系统，以铂电极为阳极，钛涂钌惰性电极作为阴极，阳极室加入4mol/L离子液体1-乙基3-甲基咪唑三氟乙酸盐和4mol/L苯的混合溶液，阴极室内加入蒸馏水，温度75℃，电流密度为8A/dm²，槽电压为18V。含有30％的双氧水自贮液槽利用流量计量蠕动泵缓慢滴加在阳极液表面，流速控制在6mL/h，在搅拌和离子液体辅助催化作用下，与苯和双氧水进行反应，反应时间为5小时，阳极极室产生的氢离离子在电场的作用下，穿过阳膜进入到阴极室中，在阴极表面鼓泡生成氢气逸出，反应停止后把阳极液到入含有乙醚的萃取池中进行苯酚的萃取，离子液体循环使用，由此阳极室中苯酚的选择性为98％左右，转化率为10％左右。