本發(fā)明屬于乳酸生產(chǎn)，涉及一種電催化陰陽(yáng)極耦合制乳酸的方法。

背景技術(shù)：

1、1,2-丙二醇是一種常見的有機(jī)化合物。隨著對(duì)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保的需求不斷增加，生物基路線逐漸成為1,2-丙二醇生產(chǎn)的一個(gè)重要來源。這種方法以可再生的生物質(zhì)為原料，利用生物催化和化學(xué)工藝生產(chǎn)1,2-丙二醇。甘油是生物柴油生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品。通過甘油加氫，可以生成1,2-丙二醇。1,2-丙二醇的選擇性氧化一直是研究的熱點(diǎn)，1,2-丙二醇的氧化產(chǎn)物有甲酸、乙酸、乳酸、羥基丙酮等。

2、乳酸是一種重要的高附加值精細(xì)化學(xué)品，被廣泛用于生產(chǎn)生物可降解聚合物聚乳酸的單體，同時(shí)也被廣泛應(yīng)用于制藥和農(nóng)化領(lǐng)域。當(dāng)前，微生物發(fā)酵法是乳酸生產(chǎn)的主要方法，占據(jù)全球產(chǎn)量的90％左右，但該方法耗時(shí)較長(zhǎng)，且后續(xù)分離比較困難。熱催化甘油制乳酸反應(yīng)速率較快，且具有較高的乳酸選擇性。然而，熱催化策略的進(jìn)一步發(fā)展受到高溫高壓環(huán)境的限制。因此，利用一種可持續(xù)方法在溫和條件下高效制備乳酸仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

3、目前為止，文獻(xiàn)報(bào)道的1,2-丙二醇電催化氧化制乳酸仍然是單純的陽(yáng)極端氧化，能量效率低，最常用的催化劑是粉體催化劑，存在電流密度小(＜100ma?cm-2)(acscatal.2015,5(11),6926–6936.)，合成復(fù)雜和穩(wěn)定性差等問題，限制了它們的大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了克服現(xiàn)有1,2-丙二醇氧化制乳酸中的缺點(diǎn)而提出的，其目的是提供一種電催化陰陽(yáng)極耦合制備乳酸的方法，實(shí)現(xiàn)在常溫常壓的條件下綠色高效大電流密度下制備乳酸，存在能量利用率高的優(yōu)勢(shì)，提高了乳酸的整體產(chǎn)量。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：

3、一種電催化陰陽(yáng)極耦合制乳酸的方法，包括以下步驟：

4、(1)組裝電解池：將陽(yáng)極催化劑作為陽(yáng)極，將陰極催化劑作為陰極，陽(yáng)極和陰極分別置于對(duì)應(yīng)的電解液中，組裝成電解池；

5、(2)電催化反應(yīng)：在陽(yáng)極電解液和陰極電解液中均加入1,2-丙二醇；在一定電壓的施加下，1,2-丙二醇在陽(yáng)極端被氧化為乳酸；在陰極電解液中持續(xù)通入氧氣，同時(shí)在電解液中額外加入二價(jià)鐵化合物催化形成羥基自由基，實(shí)現(xiàn)1,2-丙二醇和氧氣電轉(zhuǎn)化制備乳酸。

6、所述陽(yáng)極催化劑為單金屬/導(dǎo)電基底、雙金屬/導(dǎo)電基底、雙金屬/氫氧化物、雙金屬/氧化物中的一種或兩種以上組合，其中，氫氧化物為鎳基、鈷基、銅基、鐵基的氫氧化物中的一種；氧化物為氧化鎳、氧化鈷、氧化鐵、氧化銅中的一種。

7、所述陽(yáng)極催化劑上的金屬為鉑、金、銀、釕、鈀、銅中的一種或兩種組合。

8、所述導(dǎo)電基底為碳布、碳紙、泡沫鎳、鎳網(wǎng)、泡沫銅、銅網(wǎng)中的一種。

9、所述二價(jià)鐵化合物為硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、草酸亞鐵中的至少一種。

10、所述陽(yáng)極電解液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、碳酸氫鉀、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸鈉中的任意一種水溶液，濃度為0.1～2m。

11、所述陰極電解液為高氯酸、硫酸、硫酸氫鈉溶液中的至少一種，濃度為0.1～1m。

12、步驟(2)中的電催化反應(yīng)的條件為常溫常壓，陽(yáng)極電壓為0.3v～1.5v?vs.rhe。

13、步驟(2)中施加的二價(jià)鐵化合物的濃度為0.05～50mm，優(yōu)選為2mm。

14、步驟(2)中通入的氧氣流速為10～50ml/min，優(yōu)選流速為20ml/min。

15、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種電催化陰陽(yáng)極耦合制乳酸方法，構(gòu)筑單金屬/雙金屬基催化劑作為陰陽(yáng)極催化劑，以水分子作為氧化端反應(yīng)中的氧源，利用以可再生能源驅(qū)動(dòng)的電催化方法在陽(yáng)極將1,2-丙二醇氧化為乳酸，同時(shí)在陰極端使用電芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基氧化1,2-丙二醇，實(shí)現(xiàn)氧氣和1,2-丙二醇共轉(zhuǎn)化制乳酸，且陰陽(yáng)兩極共轉(zhuǎn)化生成乳酸的效率高于單邊轉(zhuǎn)化。

16、綜上所述，使用本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)陰陽(yáng)極耦合制乳酸，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種電催化陰陽(yáng)極耦合制乳酸的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述陽(yáng)極催化劑為單金屬/導(dǎo)電基底、雙金屬/導(dǎo)電基底、雙金屬/氫氧化物、雙金屬/氧化物中的一種或兩種以上組合，其中，氫氧化物為鎳基、鈷基、銅基、鐵基的氫氧化物中的一種；氧化物為氧化鎳、氧化鈷、氧化鐵、氧化銅中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述陽(yáng)極催化劑上的金屬為鉑、金、銀、釕、鈀、銅中的一種或兩種組合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電基底為碳布、碳紙、泡沫鎳、鎳網(wǎng)、泡沫銅、銅網(wǎng)中的一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述二價(jià)鐵化合物為硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、草酸亞鐵中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述陽(yáng)極電解液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、碳酸氫鉀、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸鈉中的任意一種水溶液，濃度為0.1～2m。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述陰極電解液為高氯酸、硫酸、硫酸氫鈉溶液中的至少一種，濃度為0.1～1m。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中的電催化反應(yīng)的條件為常溫常壓，陽(yáng)極電壓為0.3v～1.5v?vs.rhe。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中施加的二價(jià)鐵化合物的濃度為0.05～50mm。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中通入的氧氣流速為10～50ml/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于乳酸生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種電催化陰陽(yáng)極耦合制備乳酸的方法，將陽(yáng)極催化劑作為陽(yáng)極，陰極催化劑作為陰極，與電解液組裝成電解池。在陽(yáng)極電解液和陰極電解液中均加入1,2?丙二醇；在一定電壓的施加下，1,2?丙二醇在陽(yáng)極端被氧化為乳酸；在陰極電解液中持續(xù)通入氧氣，同時(shí)在電解液中額外加入二價(jià)鐵化合物催化形成羥基自由基，利用電芬頓反應(yīng)實(shí)現(xiàn)1,2?丙二醇和氧氣電轉(zhuǎn)化制備乳酸。本發(fā)明相較于單邊的陽(yáng)極氧化，提升了能量利用率，為在常溫常壓下，大電流密度下綠色高效制備乳酸提供了一種新的思路和方法。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧德會(huì),甕汐羽,崔曉菊,黃瑞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6