[发明专利]电化学氟化电解槽

说明书

本发明涉及一种用于电化学氟化的电解槽。另一方面，本发明涉及一种电化学氟化方法。

含氟化合物及其衍生物(有时也称为有机氟化物或含氟化合物)是这样一类物质，它含有在性质上属于氟代脂肪族或碳氟化合物的部分，例如该部分是非极性、疏水、疏油和化学惰性的，另外，它可能还含有在性质上属于官能团的部分，例如该部分是极性的和化学活性的。这类物质包括一些已为公众所熟悉的市售商品，例如那些能够赋予纺织品防油、防水、抗污染和抗泥土等性能的物质，例如Scoth-gard地毯保护剂。

有一种用于生产多种含氟化合物(例如全氟化的和部分氟化的有机氟化物)的方法是电化学氟化法，该方法由3M公司在本世纪50年代首先将其商业化，该方法包括把一种由可氟化的有机起始化合物以及液态的无水氟化氢组成的混合物作为电解液，将电流通过该电解液以生产所需的氟化物或含氟化合物。这种氟化方法通常被称之为“Sim-ons电化学氟化法”，或者更简单地称之为Simons方法或Simons ECF。该方法是一种高耗能的方法，由于该方法使用无水氟化氢，因此也稍微有一些危险性。Simons ECF电解槽通常使用一种单极式电极组件，通过电极接线柱将各个电极并联连接到低压直流电源(例如4～8伏)上。这种电解槽的体积可从在低于1A至高于100A的电流下工作的小型实验室电解槽直至在高达10,000A甚至更高的电流下工作的大型工业电解槽之间变化，而所说的工业电解槽需要使用大功率的和价格高的输电导线和汇流母线。这类电解槽可以按连续式、半连续式或间歇式操作，但是产品的产量要受能够通过单极式电极组件的电流值的限制，由于在电极接线柱处的电阻发热问题又限制了该电流值的大小。Simons ECF电解槽通常不分隔成单独的电解室，也就是说，该电解槽的特色是不含有由隔膜分隔开的阳极室和阴极室。虽然Simons电解槽通常可以借助于电解产生的气泡来实现电解液的气体提升或“气泡驱动”，以促使电解液从各个单极式电极之间通过而进行循环(这种循环有时也称为自然对流)，但使用外力的强制对流或搅拌能改善ECF介质的均一性。Simons方法已公开在美国专利US 2,519,983(Simons)中，并且在下列文献中有较详细的介绍；J.Burdon andJ.C.Tatlow，Advances in Fluorine Chemistry (M.Stacey，J.C.Tatlow，and A.G.Sharpe，editors)，Voluml，P.129-37，Butterw-orths Scientific Publications，London(1960)；W.V.Childs，L.Christensen，F.W.Klink，and C.F.Kolpim，Organic Electrochemi-stry(H.Lund and M.M.Baizer，editors)，Third Edition，P.1103-12，Marcel Dekker，Inc.，New York(1991)，以及A.J.Rudge，IndustrialElectrochemical Processes(A.T.Kuhn，editor)，P.71-75，MarcelDekker，INC.，New York(1967)。

美国专利US 3,753,876(Voss等)公开了一种用于电化学氟化的方法，该方法包括把需要氟化的成分与无水氟化氢的混合物作为电解液通过一个冷却段、一个电解槽以及一个比较大的贮存段而进行循环，当电解液通过贮存段时，可以把不溶的氟化产物从电解液中除去，然后再让该电解液进入通过所说电解槽的第二通道。

美国专利US 3,957,596(Seto)公开了一种用于通过电化学氟化来生产各种氟化烃的方法，该方法包括把液体状态的反应物通过一条相邻而相隔一定距离的两个电极之间的受限通道流动，在这两个电极之间施加控制的电压。向电解槽施加超过大气压的压力，使反应物保持在液体状态，并使反应物以湍流方式在电解槽的电极之间流过。控制电极之间的间隙、湍流以及输入的电能，以获得较高的产率和电流效率。

美国专利US 4,203,821(Cramer等)公开了一种用于进行电化学反应的连续流动式电解槽和方法，该电解槽和方法可获得较高的电流效率。该电解槽利用一种配置在绝缘材料的框架内的双极式电极。