一种双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂的方法
本发明属于电催化设计，尤其涉及一种双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂的方法。
背景技术：
1、乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂具有重要性，因为乙烯是化工产业的关键原料，被广泛应用于塑料、化纤等领域，而混合气中的乙炔杂质会影响乙烯的纯度和下游产品的质量。通过高效的乙炔电还原和除杂方法，不仅可以提高乙烯的生产效率和纯度，还能降低生产成本和能耗，推动绿色化工发展。
2、传统非均相催化剂在乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂领域存在诸多科学和技术问题。首先，传统催化剂通常具有较低的选择性和活性，导致乙烯产率低，副产物多。其次，这些催化剂在高电流密度下易失活，无法长时间稳定运行。此外，非均相催化剂的结构复杂，活性位点难以精确调控，导致催化过程的可控性差。最后，催化剂的制备和回收过程复杂，成本较高，难以实现大规模应用。这些问题制约了传统非均相催化剂在乙炔电还原和除杂领域的广泛应用。
技术实现思路
1、为克服现有技术中传统非均相催化剂在乙炔电还原时，存在的乙烯产率低的问题，本发明的目的在于提供一种双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂的方法，方法可以实现安培级电流下乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂，并且乙烯产率高。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂的方法，包括以下步骤：
4、将含有1,5-环辛二烯对的双核铜分子催化剂与分散剂、粘结剂混合并超声分散，获得催化剂浆液；
5、将催化剂浆料均匀负载在气体扩散层上，干燥，得到气体扩散电极；
6、将气体扩散电极作为阴极搭建电解池器件，进行乙炔还原。
7、本发明进一步的改进在于，所述含有1,5-环辛二烯的双核铜分子催化剂为（1,5-环辛二烯）氯铜二聚体。
8、本发明进一步的改进在于，所述分散剂为异丙醇、乙醇、丙酮与水中的至少一种。
9、本发明进一步的改进在于，所述粘结剂为5% nafion溶液。
10、本发明进一步的改进在于，双核铜分子催化剂、分散剂与粘结剂的用量比为3mg：600µl：4µl。
11、本发明进一步的改进在于，所述负载方式为喷涂或浸渍。
12、本发明进一步的改进在于，所述催化剂浆料在气体扩散层上的负载质量为0.1-10mg·cm-3。
13、本发明进一步的改进在于，所述电解池器件为流动电解池器件或膜电极电解池。
14、本发明进一步的改进在于，所述电解池器件为流动电解池器件时，采用1 mol/l氢氧化钾作为阴极与阳极电解液，采用阴离子交换膜隔离，采用hg/hgo或ag/agcl作为参比电极，采用泡沫镍作为对电极，采用乙炔气体体积含量1%-100%的气体作为反应气体，其中阴阳极电解液流速为1-100sccm，反应气体流速为1-100sccm。
15、本发明进一步的改进在于，所述电解池器件为膜电极电解池器件时，采用1 mol/l氢氧化钾作为阴极与阳极电解液，采用阴离子交换膜隔离，采用泡沫镍作为对电极，采用1%-100%乙炔气体作为反应气体，其中阴阳极电解液流速为1-100sccm，反应气体流速为1-100sccm。
16、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
17、由于1,5-环辛二烯可以与双核铜分子催化剂中的d电子较多的过渡金属离子形成配位化合物，与铜形成双配位后，1,5-环辛二烯能稳定金属中心，同时调节了金属的电子状态，从而使铜表现出优异的乙炔半氢化活性。本发明的双核铜分子催化剂在乙炔电还原中活性足以超越传统金属催化剂；本发明的分子催化剂可直接用于非均相电催化反应，有优异的实际利用价值，可在安培级电流下实现高效乙炔电还原；同时，在富乙烯气流去除乙炔杂质的实验中，可以在理论电流附近除掉乙炔杂质，产物中几乎没有氢气生成。
技术特征：
1.一种双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂的方法，其特征在于，所述含有1,5-环辛二烯的双核铜分子催化剂为（1,5-环辛二烯）氯铜二聚体。
3.根据权利要求1所述的双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂的方法，其特征在于，所述分散剂为异丙醇、乙醇、丙酮与水中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂的方法，其特征在于，所述粘结剂为5% nafion溶液。
5.根据权利要求1所述的双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂的方法，其特征在于，双核铜分子催化剂、分散剂与粘结剂的用量比为3mg：600µl：4µl。
6.根据权利要求1所述的双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂的方法，其特征在于，所述负载方式为喷涂或浸渍。
7.根据权利要求1所述的双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂的方法，其特征在于，所述催化剂浆料在气体扩散层上的负载质量为0.1-10mg·cm-3。
8.根据权利要求1所述的双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂的方法，其特征在于，所述电解池器件为流动电解池器件或膜电极电解池。
9.根据权利要求8所述的双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂的方法，其特征在于，所述电解池器件为流动电解池器件时，采用1 mol/l氢氧化钾作为阴极与阳极电解液，采用阴离子交换膜隔离，采用hg/hgo或ag/agcl作为参比电极，采用泡沫镍作为对电极，采用乙炔气体体积含量1%-100%的气体作为反应气体，其中阴阳极电解液流速为1-100sccm，反应气体流速为1-100sccm。
10.根据权利要求8所述的双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯-乙炔混合气中乙炔除杂的方法，其特征在于，所述电解池器件为膜电极电解池器件时，采用1 mol/l氢氧化钾作为阴极与阳极电解液，采用阴离子交换膜隔离，采用泡沫镍作为对电极，采用1%-100%乙炔气体作为反应气体，其中阴阳极电解液流速为1-100sccm，反应气体流速为1-100sccm。
技术总结
本发明公开了一种双核铜分子催化剂实现乙炔电还原制备乙烯及乙烯‑乙炔混合气中乙炔除杂的方法，将含有1,5‑环辛二烯对的双核铜分子催化剂与分散剂、粘结剂混合并超声分散，获得催化剂浆液；将催化剂浆料均匀负载在气体扩散层上，干燥，得到气体扩散电极；将气体扩散电极作为阴极搭建电解池器件，进行乙炔还原，本发明的铜基分子催化剂在安培级电流下表现出卓越的催化性能，实现了高效乙炔电还原制备乙烯及乙烯‑乙炔混合气中乙炔除杂（乙炔小于5ppm），其活性显著优于传统非均相催化剂。
技术研发人员：李鑫哲,马驰,张田庆,何炽
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5