電化學為環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷迎來新契機！
來源：石油化工論壇
近日，在最新的一期Science，Leow等人以“Chloride-mediated selective electrosynthesis of ethylene and propylene oxides at high current density”為題，發(fā)表最新研究成果，提出了環(huán)氧乙烷（EO）和環(huán)氧丙烷（PO）的電化學路線，實現(xiàn)了合成過程的更清潔、更高效和更具選擇性的特點。
該研究工作中，在工業(yè)電流密度下，乙烯和丙烯可分別電化學氧化為環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷，其法拉第選擇效率約為70%。針對該研究，John L. Barton在同一期上發(fā)表觀點文章“Electrification of the chemical industry”，對該工作給予了評論。
Leow等人將液流電池與環(huán)氧乙烷合成反應結(jié)合在一起，實現(xiàn)了C2H2+H2O→C2H2O+H2（見圖1）。兩個電化學反應驅(qū)動了該反應，氯的析出發(fā)生在陽極2Cl-→2e-+Cl2，氫的析出發(fā)生在陰極2H2O+2e-→H2+2OH-。這些反應并不是特別新穎有趣，但創(chuàng)新之處在于將這兩個簡單的反應與隨后的三個均相化學反應耦合起來。
陽極溶液中的溶解氯分解為鹽酸和次氯酸（分別為HCl和HOCl）。后者與乙烯反應生成1-氯2-羥基乙烷（HOCH2CH2Cl），或乙撐氯醇。陰極溶液在氫的析出過程中富含了氫氧化物。當陽極水性乙撐氯醇溶液與堿性陰極溶液混合時，會產(chǎn)生環(huán)氧乙烷和氯離子。類似的路線也可以用丙烯生產(chǎn)環(huán)氧丙烷。
通過電池設計（例如，改變流速或電極厚度）可以降低能源強度，但電化學反應（Cl2和H2的生成）的配對不太可能使能源強度降低到氯堿工藝以下，因為它與電池電壓成比例。為了顯著改善能源需求，需要改變電化學工藝來降低電池電壓。除了本文分析之外，還有一些更細微的優(yōu)勢，比如減少用水量。
盡管Leow等人報告了這一特別工藝，不太可能是接下來環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的主要生產(chǎn)途徑，但開發(fā)替代商用化學品的生產(chǎn)工藝，尤其是引入可再生能源，對于實現(xiàn)更綠色生產(chǎn)是必要的。
