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间接电氧化法合成2-甲基-1，4萘醌的研究

作　者: 白汝江
导　师: 徐海升
学　校: 郑州大学
专　业: 化学工艺
关键词: 间接电氧化法 4萘醌电流效率主反应硫酸铬极化曲线法总电流密度电解实验密度增加电解过程
分类号: O625
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 77次
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内容摘要

论文以间接电氧化合成2-甲基-1，4萘醌（2-MNQ）工业化实例为背景，采用三电极恒电流和分解极化曲线法测定了在硫酸介质中Cr³⁺电氧化为Cr⁶⁺（主反应）和电解水析氧（副反应）的极化曲线，得到了主副反应电流效率随着总电流密度、硫酸铬浓度、Cr⁶⁺浓度、硫酸浓度变化的规律，并通过恒电流电解实验，证明了上述规律的可靠性。同时用XRD和SEM对阳极表面的活性组分和微观结构作了测定和观察。在对2-MNQ合成工艺优化中，研究了Cr⁶⁺溶液循环次数对电解的平均电流效率和2-MNQ的收率的影响规律，确定了以2-MN为原料、Cr⁶⁺为氧化剂，间接电氧化法合成2-MNQ的最佳电解与工艺合成条件。论文主要内容分为四个部分：（一）硫酸铬阳极电氧化过程极化曲线的研究：硫酸铬溶液阳极氧化主反应： 2Cr³⁺+7H₂O—→Cr₂O₇^2-+14H⁺+6e^-（Φe=1.33V）（1）硫酸铬阳极氧化副反应： 2H₂O—→O₂+4H^-+4e^-（Φe=1.229V）（2）根据热力学原理分析，主反应进行的同时，不可避免发生电解水的析氧副反应。为了准确测定阳极极化曲线，采用分解极化曲线法，测量阳极瞬时析氧量，计算瞬时析氧电流密度和电流效率，得到主副反应极化曲线。通过对极化曲线及数据分析得到以下结果：①在电极电位恒定不变时，析氧电流密度（即析氧反应速度）随硫酸铬浓度增大而减小，主反应电流密度(即Cr³⁺氧化为Cr⁶⁺的反应速度)随硫酸铬浓度增大而增大。②在硫酸铬浓度一定时，析氧电流效率随着阳极总电流密度增加而增加，主反应电流效率随着阳极总电流密度增加而减小。③电解溶液中总k卜浓度（把＊以和 Cry都折合成 CrO3的浓度）一定时，电解液中Ct卜含量越高越有利于析氧反应：随着总电流密度增加，会出现主副反应电流效率相等，最后过渡到祈氧电流密度大于主反应电流密度。④在阳极电解液中，硫酸既是支持电解质又是电解产物，其浓度过高或过低皆不利于主反应进行。 O以总电流密度分别为750A／m‘，575A／m‘，350A／m‘，200A／m‘， 300 Alm二 450 Alm‘进行恒电流电解实验，考察电解过程中总电流密度、硫酸铬浓度对主反应电流效率的影响规律，结果证明由极化曲线得到的规律是可靠的，这为确定Cr卜电氧化为Cr卜的最佳工艺条件提供理论指导。依据主副反应的极化规律并通过电解实验证明，采用变电流操作可以明显提高电解的平均电流效率，这为 Cr．电解制 Cr小提供了一条有效提高电流效率的操作途径。此外，电解实验还比较了自制什O。巾b电极和厂永计做PM。厅i电极对电解过程的影响情况，曰以p一甲基茶、Cr‘人原料相转移氧化合成2一甲基一1，4一茶酿门－MNQ)的工业生产中八X液是循环使用的。通过对合成工艺研究，得出了以铬酚利循环电解；ti人’；川上剂合成2－NI：NQ的最佳工艺条件，由于电解铬液循环次数对合成工艺过程影响重大，回此考察了铬液的循环次数对电解的平均电流效率和2－MN Q的收率的影响规律。结果表明：铬液经过多次循环以后，平均电流效率和 2－MN氧化为 2－MNQ的收率分别稳定在刀3％和6S％，与采用新鲜铬图作为氧化剂相比十分接近，证明了间接电氧化法合成2－MNQ的可行性。恻在影响电极反应的回素中，电极催化活性影响很大。为了更好了解电极表面微观结构对电解过程之影响，采用W（X射线衍射）测定了电极表面活性组分PbOZ晶诽，用SEM（扫拙电镜）观察其形貌特征。结 2果表明自制PbO。／Ph电极和厂家订做PbO。／Ti电极的表面活性组分主要为p－PbO。，而自制电极p干ho。含量较低，用SEM观察厂家电极表面PbO。晶貌主要呈现针状或树枝状，晶粒较小，而自制PbO。阳极较多部分晶粒尺寸较大且晶貌表面光滑呈圆形，这说明自制的PbO。电极活性组分中含有较多的a－PbO。和无定形PbO。，这与M：LD测定结果是一致的。本论文的重要创新点庄于运用极化曲线规律指导电解工艺条件的确定，解释电解过程中出现的现象。讨论极化曲线时引入电极电位中随电流密度的只数值哈变化白趋势＊小／d…主)＞（d中／dgi O。），由此得出随总电流密度增加，折氧电流密度增加的速度大于主反应电流密度增大的速度，不仅解释了实际电解’Cj3b：中主反应电流效率随总电流密度增加而减小的现象，同时也为变电流操作提供了可靠理论依据，是理论结果与实际生产的较好结合。

全文目录

第一章绪论  11-17
  §1．1 有机电合成历史  11-12
  §1．2 有机电合成特点  12-13
  §1．3 有机电合成的分类  13
  §1．4 我国有机电合成工业化实例  13-15
  §1．5 有机电合成工艺最新进展  15-17
第二章论文综述  17-19
第三章硫酸铬阳极电解氧化过程极化曲线的研究  19-38
  §3．1 电极过程原理  19
  §3．2 实验原理  19-20
  §3．3 实验方案和设备的选择  20-23
  §3．4 实验步骤  23-24
  §3．5 实验结果与讨论  24-38
第四章硫酸铬体系电解过程的研究  38-47
  §4．1 电解过程原理  38
  §4．2 实验过程  38-40
  §4．3 实验结果与讨论  40-47
第五章电解液循环次数对平均电流效率和2-MNQ收率的影响  47-53
  §5．1 2-MNQ合成工艺简介  47
  §5．2 实验装置  47-48
  §5．3 实验步骤  48-49
  §5．4 实验结果分析  49-53
第六章电极表面活性层的研究  53-57
  §6．1 XRD（X射线衍射）测定电极活性组分PbO_2晶型  53-54
  §6．2 SEM（扫描电镜）观察电极活性层形貌  54-57
第七章结论  57-59
参考文献  59-62
致谢  62

间接电氧化法合成2-甲基-1，4萘醌的研究

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