一种电催化氧化磷酸根离子合成磷酸三苯酯的方法

本发明涉及电化学催化，具体涉及一种电催化氧化磷酸根离子合成磷酸三苯酯的方法。

背景技术：

1、磷酸三苯酯为白色无味的结晶粉末，熔点48.5℃，不溶于水，溶于多种有机溶剂，具有良好的柔软性、透明性、抗菌性以及耐水耐油、相容性等。因此，该物质能赋予高聚物良好的耐磨、耐候、耐辐射及电绝缘性能，同时作为无卤磷系阻燃剂的代表，被广泛用于纤维素树脂、乙烯基树脂、聚氯乙烯、天然橡胶和合成橡胶等聚合物，制作电缆材料、运输带、塑料制品等；此外，还可用作汽油及润滑油的添加剂。

2、磷酸三苯酯的合成方法较多，按照反应的原料主要分为五氯化磷法、三氯化磷法和三氯氧磷法。其中，三氯氧磷法仅需一步反应，合成简单，得到广泛研究，但该方法存在多种问题，如反应时间长，能耗高，有氯化氢气体的生成，具有一定程度的环境污染。

3、随着经济以及工业化的发展，在人类活动的影响下，排放大量含有多种氮、磷和其它营养物的生活污水及工业废水进入河流、湖泊等水体，而磷是藻类和细菌的营养元素，促进水体中浮游植物以及藻类植物的大量生长和繁殖，造成生态环境的恶化，也影响了人体和动物的生命健康。而磷酸盐是磷存在的主要形式，寻求效率高、成本低、二次污染少的处理方法，利用水体中磷，已成为控制水体污染必不可少的手段。

4、基于上述现状，所存在磷酸三苯酯合成方法以及磷酸盐对环境污染的系列问题。迫切需要开发一种新的磷酸根离子合成磷酸三苯酯的方法，解决工业生成磷酸三苯酯的污染问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电催化氧化磷酸根离子合成磷酸三苯酯的方法，构建磷酸根和苯酚直接合成磷酸三苯酯反应体系，解决工业生成磷酸三苯酯的污染问题。

2、本发明的提供一种电催化氧化磷酸根离子合成磷酸三苯酯的方法。

3、具体的，包括以下步骤：

4、将阳极催化剂、阴极催化剂、磷酸根、苯酚以及碱性电解液组装成电解池；施加电压进行催化反应，磷酸根和苯酚在阳极被氧化合成磷酸三苯酯；

5、所述阳极催化剂为非贵金属硫化物；

6、所述阴极催化剂为碳材料；

7、所述碱性电解液中的导电介质为离子液体，且所述离子液体不为三丁基甲基溴化铵。

8、优选的，所述非贵金属硫化物为过渡金属硫化物；所述过渡金属硫化物为硫化铋、硫化钼、硫化铟、硫化铜、硫化锌中的至少一种。

9、优选的，所述离子液体为疏水性长碳链烷烃离子液体；

10、所述疏水性长碳链烷烃离子液体的阳离子为辛基三甲基铵、十二烷基三甲基铵、十六烷基三甲基铵、1-辛基-3-甲基咪唑、1-十二烷基-3-甲基咪唑、1-十六烷基-3-甲基咪唑中的任意一种；

11、所述疏水性长碳链烷烃离子液体的阴离子为溴离子、氯离子、醋酸根离子、双三氟甲磺酰亚胺离子中的任意一种。

12、优选的，所述磷酸根的浓度为5mmol/l～100mmol/l；例如5mmol/l、10mmol/l、20mmol/l、40mmol/l、60mmol/l、80mmol/l、100mmol/l。

13、优选的，所述离子液体与磷酸根的摩尔浓度比为0.001～0.1:1；例如0.001:1、0.002:1、0.004:1、0.006:1、0.008:1、0.010:1、0.015:1、0.020:1、0.025:1、0.030:1、0.035:1、0.040:1、0.045:1、0.050:1、0.055:1、0.060:1、0.080:1、0.100:1。

14、优选的，所述苯酚与磷酸根的摩尔比为0.3～5:1；例如0.3:1、0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1。

15、优选的，所述碳材料为碳棒、碳纤维纸、碳纤维编织布、炭黑纸中任意一种。

16、优选的，以基底材料面积为基础，所述阳极催化剂的量为0.5～5mg/cm2。

17、优选的，所述阳极催化剂分散于溶剂中，并加入全氟磺酸型聚合物溶液(nafion溶液)混合，制得催化剂混合浆料；将催化剂混合浆料加到阳极基底碳布上制得所述的阳极。

18、进一步优选的，所述溶剂的体积为0.2～200ml。

19、进一步优选的，所述nafion溶液的体积为3.3～3.3×103μl。

20、其中，水在阴极附近被还原成氢气。

21、优选的，所述催化反应的电压为1.5～7v；例如1.5v、2v、3v、4v、5v、6v、7v；

22、反应时间为1h-10h；例如1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h。

23、优选的，所述磷酸根的来源为nah2po4水溶液、磷石膏废水、富含磷湖泊水中的至少一种。

24、优选的，所述碱性电解液包括氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

25、本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

26、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

27、(1)本发明通过电催化技术，在特定的电极氧化作用下，将苯酚和磷酸根转化为磷酸三苯酯，解决了工业生成磷酸三苯酯的污染问题。

28、(2)相较于以往的制备磷酸三苯酯的方法，本发明中使用的原料磷酸根可以为磷酸根污染废水提供有利的解决途径，具有较高的工业化应用价值。

技术特征：

1.一种电催化氧化磷酸根离子合成磷酸三苯酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非贵金属硫化物为过渡金属硫化物；所述过渡金属硫化物为硫化铋、硫化钼、硫化铟、硫化铜、硫化锌中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子液体为疏水性长碳链烷烃离子液体；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磷酸根的浓度为5～100mmol/l。

5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述离子液体与磷酸根的摩尔浓度比为0.001～0.1:1。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述苯酚与磷酸根的摩尔比为0.3～5:1。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以基底材料面积为基础，所述阳极催化剂的量为0.5～5mg/cm2。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳极催化剂分散于溶剂中，并加入全氟磺酸型聚合物溶液混合，制得催化剂混合浆料；将催化剂混合浆料加到阳极基底碳布上制得所述的阳极。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化反应的电压为1.5～7v；反应的时间为1～10h。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磷酸根的来源为nah2po4水溶液、磷石膏废水、富含磷湖泊水中的至少一种。

技术总结
本发明涉及电化学催化技术领域，公开了一种电催化氧化磷酸根离子合成磷酸三苯酯的方法。包括以下步骤：将阳极催化剂、阴极催化剂、磷酸根、苯酚以及碱性电解液组装成电解池；施加电压进行催化反应，磷酸根和苯酚在阳极被氧化合成磷酸三苯酯；所述阳极催化剂为非贵金属硫化物；所述阴极催化剂为碳材料；所述碱性电解液中的导电介质为离子液体，且所述离子液体不为三丁基甲基溴化铵。本发明通过电催化技术，在特定的电极氧化作用下，将苯酚和磷酸根转化为磷酸三苯酯，解决了工业生成磷酸三苯酯的污染问题。相较于以往的制备磷酸三苯酯的方法，本发明中使用的原料磷酸根可以为磷酸根污染废水提供有利的解决途径，具有较高的工业化应用价值。

技术研发人员：陈洪,邓莉莉
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5