[发明专利]一种由甲烷一步法制备乙二醇的方法

说明书

本发明公开了一种由甲烷一步法高效制备乙二醇的方法，所述方法包括：在容纳有电解质溶液的反应器中，在作为催化剂的三氧化钨的存在下，在光照和电解条件下，使作为原料气的甲烷气体或含甲烷气体在0‑100℃下反应10‑1200min。本发明的方法以高产率获得目标产物乙二醇并且目标产物易分离，所使用的催化剂廉价易得、催化性能高且可重复使用。而且，本发明的方法具有反应过程简单、周期短、反应条件温、反应物原料来源广泛且廉价易得，尤其可以直接使用天然气、页岩气、可燃冰或沼气作为原料气等优点，环境友好，为从天然气、页岩气、可燃冰以及沼气等出发制备高价值乙二醇提供了新的合成途径，具有广阔的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种由甲烷一步法高效制备乙二醇的新方法。

背景技术

乙二醇(EG)，又名甘醇、水精，被广泛用于溶剂、防冻剂以及合成涤纶和片材，与衣食住行基本需求息息相关。目前，乙二醇的合成路线主要分为两种：乙烯路线和草酸酯路线。而这两种路线均需要消耗煤和石油等化石资源，排出二氧化碳、氮氧化物等气体，不仅造成了日益严重的环境问题，还使得地球上的化石资源日益枯竭。另一方面，随着沼气等技术的发展，甲烷的来源也越来越广泛。同时甲烷还是天然气、页岩气、可燃冰或沼气的主要成分，是一种十分丰富的资源。因此，甲烷的高效转化在工业和学术界引起了广泛的研究兴趣。

目前，工业转化甲烷到醇类主要采用间接法，即先通过高温高压将甲烷转化为合成气(CO和H₂等)，进而由合成气生成醇类。然而，这种工艺通常需要在高温(700–1000℃)和高压等苛刻条件下进行，这无疑大大增加了经济成本和环境压力。因此，对于能克服上述缺陷以更经济、简单、温和地实现工业化甲烷制乙二醇的方法存在需要。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种制备乙二醇的新方法以解决现有技术中的部分或全部问题。

为此，本发明提供了一种制备由甲烷一步法制备乙二醇的方法，所述方法包括：在容纳有电解质溶液的反应器中，在作为催化剂的三氧化钨的存在下，在光照和电解条件下，使作为原料气的甲烷气体或含甲烷气体在0-100℃下反应10-1200min。

在优选实施方案中，所述电解质溶液是选自硫酸钠、硫酸钾、氯化钠、氯化钾、硝酸钠和硝酸钾中的一种或多种的水溶液。

在优选实施方案中，所述电解质溶液的pH值在0.5–10的范围内，优选在1～7的范围内。

在优选实施方案中，所述反应器是聚四氟乙烯反应池、玻璃反应池、石英反应池或不锈钢反应池。

在优选实施方案中，所述光照强度为10–1000mW/cm²。

在优选实施方案中，用于所述光照的光源是选自氙灯、LED灯、钨灯和汞灯中的一种或多种。

在优选实施方案中，用于所述电解的电压相对于标准氢电极在0.05-10V的范围内。

在优选实施方案中，所述催化剂是负载在用作工作电极的电极基底上的三氧化钨薄膜或三氧化钨颗粒；优选地，所述电极基底是选自导电玻璃、导电碳纸、导电PET聚酯、导电碳布和金属电极中的一种或多种。

在优选实施方案中，所述催化剂通过水热法、溶剂热法、溶胶-凝胶法或热解法合成；优选地，所合成的催化剂经过在100-1000℃下，更优选在400-800℃下的煅烧处理。

在优选实施方案中，所述含甲烷气体是天然气、页岩气、可燃冰或沼气。

本发明的方法以高产率(总体在70％以上)获得目标产物乙二醇，并且所获得的目标产物易分离，例如可以通过本领域熟知的旋蒸萃取的方法分离得到；

此外，本发明的方法所使用的催化剂廉价易得、催化性能高且可重复使用。