[发明专利]一种二甲醚和CO2直接制备碳酸二甲酯的电化学方法

说明书

一种二甲醚和CO₂直接制备碳酸二甲酯的电化学方法，在三电极体系一室型电解池中通过电化学反应直接将二甲醚与CO₂转化为碳酸二甲酯，用于碳酸二甲酯电化学合成，同时在一定程度上对CO₂固定利用，实现碳减排。

技术领域

本发明涉及一种电化学方法，特别涉及二甲醚和CO₂直接制备碳酸二甲酯的电化学方法。

背景技术

2016年11月4日，国务院印发了《“十三五”控制温室气体排放工作方案》指出到2020年，在2005年的基础上，CO₂排放的强度下降40％到45％的上限目标，碳排放总量得到有效控制。利用CO₂将其变废为宝作为化工原料合成具有附加值的化工产品，是实现碳减排的重要途径之一。但CO₂热力学高度稳定,如何将其活化成为了CO₂利用的关键问题。电化学方法是CO₂活化的有效的方式之一，通常在常温常压下即可实现CO₂的固定利用。

碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，DMC)是一种环境友好的有机化工原料，可以替代剧毒的光气作羰基化试剂、替代有毒的硫酸二甲酯和卤代甲烷作甲基化试剂，以它为原料可直接合成食品添加剂、抗氧化剂、植物保护剂、高级树脂、燃料和药物中间体、表面活性剂等。同时DMC的含氧量高达40％，可以作为环保型车用汽油添加剂，在增加辛烷值，减少排放物方面都优于当前所使用的甲基叔丁基醚(MTBE)；DMC还可以作为高能电池电解液和酯交换法制备碳酸二苯酯(DPC)的原料。因此，碳酸二甲酯是一种符合现代“清洁工艺”要求的环保型化工原料，DMC还是一种性能优良的有机溶剂和新型汽油添加剂，具有广阔的应用前景。在1992年就被欧洲列为无毒产品，我国化工部在八五和九五期间将其列为重点项目。但目前碳酸二甲酯的商业化制备方法，例如：光气的甲醇解聚法、甲醇的氧化性羰基化法和酯交换反应等多种方法。所有这些方法都使用有毒的、腐蚀性的、易燃的和爆炸性气体，如光气、氯化氢和一氧化碳。能耗高且对环境不友好。最近备受关注的二氧化碳与环氧乙烷、二氧化碳与甲醇直接制备碳酸二甲酯。本质上虽说为环保的，但反应需在高温或高压下进行，且需要高贵而复杂的催化剂，不易于反应控制和技术推广。

发明内容

本发明目的在于提供一种二甲醚和CO₂直接制备碳酸二甲酯的电化学方法，即在三电极体系一室型电解池中通过电化学反应直接将二甲醚与CO₂转化为碳酸二甲酯，用于碳酸二甲酯电化学合成，同时在一定程度上对CO₂固定利用，实现碳减排。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案包括以下步骤：

(1)配制电解液：以水、电解质水溶液或离子液体为电解液，所述的电解质溶液中电解质的质量浓度浓度为0％～50％；

(2)组装电解池：取20-100ml电解液置于电解池中，电解池中放置一磁力搅拌转子，阴电极、阳电极、参比电极放于电解池中组装成三电极体系为一室型的电解池装置；电解池装置还包括进、出气口，电解池装置所有连接处进行密封；

(3)合成碳酸二甲酯：将电解池装置置于20-80℃水浴中，磁力搅拌转速为200r/min-800r/min，在N₂气氛下，CO₂采用气体流量5mL/min-200mL/min，在电解池装置内通20min-60min后开启电源，恒电压2-30V通电电解1h-3h，再继续定气速通CO₂的同时，向电解池中通入二甲醚，二甲醚气速控制在5mL/min-200mL/min，反应30min后，即可得碳酸二甲酯。

电解反应如下式所示：

优选的，阴电极、阳电极和参比电极分别在使用前用1000目砂纸打磨，再在水中超声10-20min，真空干燥后使用。