[发明专利]一种聚合物电解质膜电极的制备方法及电解制备癸二酸二甲酯的方法

说明书

本发明涉及一种聚合物电解质膜电极制备方法及其在癸二酸二甲酯电合成中的应用。包括以下步骤：(1)将阴极催化剂、墨水助剂A，以及墨水助剂B混合分散制成阴极催化层墨水；(2)取阳极催化剂、墨水助剂A，以及墨水助剂B混合分散制成混合分散制成阳极催化层墨水；(3)将阴离子交换膜放置在玻璃板上，预热烘至50‑70℃，使膜表面聚合物呈现熔融状态；(4)形成3合1膜电极组件：将阴极催化层墨水和阳极催化层墨水分别喷镀在阴离子交换膜两侧；(5)将碳纸压在膜电极组件两侧形成五合一膜组件。该膜电极解决了电解癸二酸过程中存在的工艺安全以及高能耗两大难题同时提升了工艺的经济效益，具有良好的工业化前景。

技术领域

本发明涉及一种膜电极制备方法及其在癸二酸二甲酯电合成中的应用，属于有机电化学合成领域。

背景技术

电化学合成技术具有不使用氧化剂、还原剂，使用清洁的电子作为氧化剂、还原剂，不产生额外污染的特点。Kolbe反应是最早发现的电化学反应之一，法拉第早在19世纪就利用醋酸合成了乙烷。专利US3652430A利用己二酸单甲酯合成癸二酸二甲酯。该工艺路线相对于传统的蓖麻油裂解法具有原料供应稳定，三废排放少以及原子利用率高的优势。癸二酸二甲酯可以作为长链尼龙、光稳定剂等化工产品的原料，具有较高的经济价值，目前癸二酸二甲酯主要来自于蓖麻油裂解工艺，污染较为严重。电化学法制备癸二酸二甲酯具有原料稳定，三废少的优势。但是存在本质工艺安全以及高能耗两个缺点：

首先该工艺主流使用无隔膜槽，阴极产物与阳极产物混合在一起，在常规条件下，该反应阴极产生氢气，阳极产生二氧化碳不会发生危险，但是在某些电极失活工况下，阳极发生电解水反应产生氧气，氢气与氧气混合会产生爆炸风险。另外产生的二氧化碳与氢气混合，导致反应产生的尾气无法进一步利用，只能排空造成了很大浪费。同时由于使用传统的电解槽结构该反应反应器极间距至少需要2mm，同时由于反应采用甲醇为溶剂的液体电解质，因此需要反应的能耗较高。

采用膜电极工艺可以实现零极距工艺减少能耗，同时将物料窜混的风险控制在最低。但是一般膜电极使用的电解质材料在有机物体系下稳定性差，会导致膜电极电催化层失活，物料窜混。因此需要对现有的膜电极进行改进，解决电解反应过程中存在的工艺安全以及高能耗两大难题，同时提升了工艺的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物电解质膜电极的制备方法，其作为癸二酸二甲酯电合成膜电极使用时，相比传统电解槽降低了癸二酸电合成反应的槽电压，并能将阴极反应产生的氢气以及阳极反应产生的二氧化碳分隔开，同时提升工艺的本质安全以及经济效益。

本发明的一个目的在于提供电解制备癸二酸二甲酯的方法，解决了电解制备癸二酸二甲酯过程中存在的工艺安全以及高能耗两大难题同时提升了工艺的经济效益，具有良好的工业化前景。

为达到以上发明目的，本发明的技术方案如下：

一种聚合物电解质膜电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将阴极催化剂、墨水助剂A选取：甲苯、乙苯、异丙苯中的一种，以及墨水助剂B根据基膜材质选取聚二乙烯苯、聚砜、季铵化壳聚糖中的一种混合分散制成阴极催化层墨水；

(2)取阳极催化剂、墨水助剂A选取：甲苯、乙苯、异丙苯中的一种，以及墨水助剂B选取聚二乙烯苯、聚砜、季铵化壳聚糖中的一种混合分散制成阳极催化层墨水；

(3)对阴离子交换膜进行预处理：将阴离子交换膜放置在玻璃板上，预热烘至50-70℃，使膜表面聚合物呈现熔融状态，以便于催化层墨水与聚合物电解质膜的紧密结合；

(4)形成3合1膜电极组件：将阴极催化层墨水和阳极催化层墨水分别喷镀在阴离子交换膜两侧将；

(5)扩散层选择：阴极选择碳纸作为扩散层，阳极选择碳纸作为扩散层，将碳纸压在膜组件两侧形成五合一膜组件，优选操作压力1.0-1.4Mpa，操作温度 100-115℃。