[发明专利]具有不同晶面的磷酸银单晶催化剂在电催化丙烯环氧化中的应用、丙烯生产环氧丙烷的方法

说明书

本发明提供了磷酸银单晶材料在电催化中作为催化剂的应用。本发明得到了具有不同晶面和特定形貌的磷酸银单晶材料以及相应的制备方法，可以通过控制晶面来调控磷酸银单晶催化剂对电催化丙烯环氧化产环氧丙烷反应的催化活性以及选择性。不仅如此，本发明还通过调控磷酸银单晶的晶面，进而能够调控相应的催化活性。本发明中使用的具有不同晶面的磷酸银单晶材料作为催化剂在电化学丙烯环氧化产环氧丙烷反应中，易于合成，成本低廉，具有较高的选择性和活性，并且其催化稳定性较好，是一种反应条件温和、工艺过程简单和环境友好的电催化丙烯环氧化制备环氧丙烷的新方法，且具有规模化合成前景。

技术领域

本发明属于环氧丙烷电催化技术领域，涉及磷酸银单晶材料在电催化中作为催化剂的应用、一种电催化丙烯生产环氧丙烷的方法，尤其涉及具有不同晶面的磷酸银单晶催化剂在电催化丙烯环氧化中的应用、一种电催化丙烯生产环氧丙烷的方法。

背景技术

环氧丙烷(PO)，又名氧化丙烯、甲基环氧乙烷、1,2-环氧丙烷等，化学式为C₃H₆O，是非常重要的有机化合物原料，是仅次于聚丙烯和丙烯腈的第三大丙烯类衍生物，是重要的基本有机化工合成原料，主要用于生产聚醚、丙二醇等。环氧丙烷也是第四代洗涤剂非离子表面活性剂、油田破乳剂、农药乳化剂等的主要原料，其衍生物还广泛用于汽车、建筑、食品、烟草、医药及化妆品等行业，已生产的下游产品近百种，是精细化工产品的重要原料。

目前，环氧丙烷的工业化生产方法主要有氯醇化法、共氧化法和过氧化氢直接氧化法。我国环氧丙烷总产能中的60％含量采用氯醇法工艺生产，20％含量采用共氧化法工艺。其中，氯醇法生产历史悠久，工业化至今已有60多年，以美国陶氏化学的氯醇法最为典型。氯醇法的主要工艺过程包含丙烯氯醇化、石灰乳皂化和产品精制，但在工艺生产过程中对水资源和氯气消耗量大，且对设备腐蚀严重，产生大量废水废渣，带来严重的环境和安全问题。2011年国家《产业结构调整指导目录》已明确提出，将“新建100万吨/年以下的氯醇法环氧丙烷生产装置”列为限制类。此外，相关规划更是提出“淘汰严重环境污染制备环氧丙烷的氯醇法”。另一种重要的共氧化法其工艺流程长，原料品种多，对丙烯纯度要求高，工艺操作要求高温高压，且环氧丙烷只是产量较少的联产品。过氧化氢直接氧化法是经过氧化氢(双氧水)催化丙烯制环氧丙烷的新工艺。虽然生产过程中只生成环氧丙烷和水，但在整个反应过程中需要用到大量的过氧化氢。由于过氧化氢的制备成本较高，且整个反应过程需在高温高压的条件下完成，因此从安全性和成本角度考虑，过氧化氢的供给困难限制了该反应的发展。

因此，如何开发出一种绿色环保、低成本、高选择性生产环氧丙烷的新工艺，对于推动环氧丙烷的大量生产和工业化发展进程具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供了磷酸银单晶材料在电催化中作为催化剂的应用、一种电催化丙烯生产环氧丙烷的方法，特别是具有不同晶面的磷酸银单晶催化剂在电催化丙烯环氧化中的应用。本发明将具有不同晶面的磷酸银单晶材料作为催化剂在电化学丙烯环氧化产环氧丙烷反应中，具有较高的选择性和活性，并且其催化稳定性较好，成本较低，是一种反应条件温和、工艺过程简单和环境友好的丙烯电化学催化环氧化产环氧丙烷的新方法，且具有规模化合成前景。

本发明提供了磷酸银单晶材料在电催化中作为催化剂的应用。

优选的，所述磷酸银单晶材料包括暴露(100)晶面的单晶磷酸银立方体、暴露(110)晶面的单晶磷酸银菱形十二面体或暴露(111)晶面的单晶磷酸银四面体；

所述磷酸银单晶材料的粒径为600～800纳米；

所述电催化包括电催化丙烯环氧化。

优选的，所述暴露(100)晶面的单晶磷酸银立方体的催化活性大于所述暴露(110)晶面的单晶磷酸银菱形十二面体的催化活性；

所述暴露(110)晶面的单晶磷酸银菱形十二面体的催化活性大于所述暴露(111)晶面的单晶磷酸银四面体的催化活性；