[发明专利]一种两级串联反应电催化还原二氧化碳生成三乙醇胺的方法

权利要求书

1.一种两级串联反应电催化还原二氧化碳生成三乙醇胺的方法，其特征在于，采用含有溴离子和亚硝酸根或硝酸根离子的电解液，利用溴离子促进电催化氧化乙烯，生成溴代乙醇；利用亚硝酸根或硝酸根离子还原生成氨，从而进一步参与反应使溴代乙醇生成三乙醇胺，具体步骤如下：

（1）对于第一级反应，将0.5-2m/cm²的CuO催化剂的气体扩散电极装入流动电解池中；通过循环伏安法对CuO进行原位电还原；其中，电极经过疏水处理；

（2）通入纯度大于99%的二氧化碳气体，使二氧化碳气体与电极未负载CuO电催化剂的一侧接触，二氧化碳气体可以透过经过疏水处理的电极与催化剂接触，而电解液不能扩散至电极另一边；控制二氧化碳气体流速为5-80 mL/min，可以实现不同浓度和产率的乙烯气体；

（3）对电极施加负电压，控制电流大小0.02-1A/cm²，二氧化碳被选择性地还原为乙烯；

（4）将0.5-2mg/cm²的碳负载的金属酞菁导电催化剂喷涂在气体扩散电极上；将步骤（3）制得的乙烯通入二级反应电解池的阳极侧，控制乙烯流速为1-40mL/min，使含有溴离子的电解液与电极接触；并在反应电解池阴极侧，加入0.5-1 mol/L的亚硝酸盐；

（5）对整个电解池装置施加电压，控制总电流密度大小0.02-0.1A/cm²，乙烯被选择性地氧化为2-溴乙醇，亚硝酸根被还原为氨；将阴阳极电解液反应后混合，即得到三乙醇胺。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳极电解液为NaBr、KBr中的一种或多种，阴极电解液为NaNO₂、KNO₂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CuO催化剂为一种氧化铜纳米片，由如下步骤制备得到：

（1）将3-6 mmol铜盐和0.1-0.2mol的强碱，溶于30-60 mL的去离子水中；

（2）将混合溶液转移到合适体积的高压釜中，在100-120℃下反应10-16 h；反应结束后，离心分离产物，用去离子水洗涤，即得到所述CuO催化剂。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的强碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯中的一种或多种；所述的铜盐为氯化铜、乙酸铜、硫酸铜、硝酸铜中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳负载的金属酞菁导电催化剂，由如下步骤制备得到：

（1）将金属氯化物、尿素、氯化铵、钼酸铵和邻苯二甲酸酐按物质的量比为7：（65-70）：（15-20）：（0.02-0.04：（14-18）混合并研磨；该混合物在180~220℃下反应2-5h，依次用水和丙酮洗涤并干燥；

（2）向导电碳中加入100-200mL的浓硝酸和浓硫酸，两者体积比为1：0.8-1.2；回流24~48 h；除去大部分混合酸后，用离子水洗涤，干燥；

（3）将步骤（2）所述碳纳米管和步骤（1）所述金属酞菁分散在丙酮中，超声分散24-72h，离心干燥，即得到碳负载的金属酞菁导电催化剂。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的金属氯化物为氯化铁、氯化钴、氯化铜、氯化锌中的一种或多种；所述的导电碳为导电碳黑、导电石墨、碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的一种或多种。