5.有机电化学合成过程的工业化的主要问题:
虽然有机电化学合成的研究早在19世纪初就已经开始研究,但是限于理论和工艺复杂性及有机催化合成迅速发展带来的竞争,有机电化学合成在很长一段时间内进展缓慢,只是作为实验室中制备有机化合物的一种制备方法。
直到20世纪50年代,电化学理论、新技术、新材料的发展为有机电化学合成的工业应用奠定了基础。但是,有机电化学合成作为有机合成的技术在工业化过程中应用目前仍存在以下主要问题。
(1)有机电化学合成作为有机合成的技术在工业化过程中的反应仅限于发生氧化和还原反应的有机合成系统。有机电化学合成使用的电化学反应器结构较复杂,一次性投资高,同时还须考虑电流密度大小及分布、电能的消耗等。
(2)有机电化学合成主要电化学反应装置和电流整流装置组成。设备投资相对较大,再加上槽外设备,更增加了电解装置的复杂性。由于存在“两极”的差别且两极分别有氧化产物和还原产物,再加上要保证反应物和目的产物的扩散分离,因此往往需要对电极材料、电解槽结构和隔膜材质提出很高的要求。
(3)有机电化学合成理论及工艺技术不够成熟,尤其是有机电化学合成过程中许多问题有待深入研究。另外,在均匀分布、分离技术方面也存在难题。
(4)电化学反应通常为液固多相反应,反应器的时空效率较低,而传统有机合成通常以均相反应进行,反应器的时空效率高。
(5)在有机电化学合成过程中,有机物在电极上发生吸附或(和)发生聚合反应,导致电极失活,电极活性等问题。
(6)大多数有机电化学合成使用的反应介质为水溶液系统,有机物在水相中的溶解度比较小,因为有机物在水相中的溶解度比较下,导致过程的极限传质速效低下。
(7)电化学合成工艺通常包括电化学合成前处理、电化学合成、电化学合成后处理,工艺较为复杂。
(8)有机电化学反应过程的认识程度有限,缺乏有机电化学反应的机理、动力学参数和电化学反应器的系统研究和开发、放大和设计优化的规律研究。目前,有机电化学合成工业化过程中存在工程、技术、材料、工艺等一系列问题,主要包括电极材料的开发、设计、制造;工业电化学反应器的开发、设计和操作优化;隔膜的研制和选择;工艺流程的设计与工艺条件的优化等。 总结:
有机电合成法相对一般有机合成法具有显著的优越性。首先,电化学反应是通过反应物在电极上得失电子实现的,原则上不需要加入其他化学试剂,减少了物质的消耗,从而减少环境污染。其次,选择性很高,减少了副反应,使其产品纯度和收率均较高,大大简化了产品分离和提纯工作。第三,有机电化学合成反应在常温常压下进行,这对节约能源,降低设备投资,简化生产过程,实现自动控制等都是十分有利的。第四,工艺流程简单,反应容易控制。由于电子是最清洁的试剂,因而有机电合成将有可能消除传统有机合成产生污染的根源。
所以说有机电化学合成为有机合成提供了一个全新的手段,对化学工业尤其是精细化工和高性能材料化工以新的推动,展示了一个光明的前景。 参考文献:
[1] 赵鹏,王维德,倪海霞化工装备技术.2005 [2] 马淳安有机电化学合成导论.2003 [3] 杨辉,卢文庆应用电化学.2011
[4]许文林,王雅琼有机电化学合成过程工业化的主要问题第一届全国有机电化学与业学术
会议论文
[5] 马淳安,虞红强,赵典树,邻硝基苯甲醛的间接电解合成研究合成化学.1995