探究間接電氧化法合成2-甲基-1,4萘醌的研究

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1、鄭州大學碩士學位論文間接電氧化法合成2-甲基-1,4萘醌的研究姓名：白汝江申請學位級別：碩士專業(yè)：化學工藝指導教師：徐海升2002.5.12摘要Y428999論文以間接電氧化合成2一甲基一1，4萘醌(2-MNQ)t業(yè)化實例為背景，采用三電極恒電流和分解極化曲線法測定了在硫酸介質(zhì)中Cr3+電氧化為Cr”(主反應)和電解水析氧(副反應)的極化曲線，得到了主副反應電流效率隨著總電流密度、硫酸鉻濃度、Cr6一濃度、硫酸濃度變化的規(guī)律，并通過恒電流電解實驗，證明了上述規(guī)律的可靠性。同時用XRD和SEM對陽極表面的活性組分和微觀結構作了測定和觀察。在對2-MNQ合成工藝優(yōu)化中，研究了

2、Cr”溶液循環(huán)次數(shù)對電解的平均電流效率和2-IVINQ的收率的影響規(guī)律，確定J’以2-MN為原料、Cr6+為氧化劑，間接電氧化法合成2-MNQ的最佳電解與工藝合成條件。一√論文主要內(nèi)容分為四個部分：(、H硫酸鉻陽極電氧化過程假化曲線的研究：硫酸鉻溶液陽極氧化主反應：2Cr”+7H20一Cr207l"+14H++6e’(巾e=l33V)(1)硫酸鉻陽極氧化副反』、!：2H20一02+4H+4e‘(巾e=l229_V)(2)根據(jù)熱力學原理分析，主反應進行的同時，不可避免發(fā)生電解水的析氧副反應。為了準確測定陽極極化曲線，采用分解極化曲線法，測量陽極瞬時析氧量，訓算瞬時析氧電流密

3、度和電流效率，得到主副反應極化曲線。通過對枉乏化曲線及數(shù)據(jù)分析得到以下結果：①在電極電位恒定不變時，析氧電流密度(即析氧反應速度)隨硫酸鉻濃度增大而減小，主反應電流密度(即cr”氧化為cr6+的反應速度)隨硫酸鉻濃度增大而增大。②在硫酸鉻濃度一定時，析氧電流效率隨著陽極總電流密度增加而增加，主反應電流效率隨著陽極總電流密度增加而減小。③電解溶液中總cr64濃度(把cr6+和cr3+都折合成CrO，的濃度)一定時，電解液中Cr”含量越高越有利于析氧反應；隨著總電流密度增加，會出現(xiàn)主副反應電流效率相等，最后過渡到析氧電流密度大于主反應電流密度。④在陽極電解液中，硫酸既是支持電

4、解質(zhì)又是電解產(chǎn)物，其濃度過高或過低皆不利于主反應進行。㈢以總電流密度分別為750A／m2，575A／m2，350A／m2，200A／m2，300A／m2，450A／m2進行恒電流電解實驗，考察電解過程中總電流密度、硫酸鉻濃度對主反應電流效率的影響規(guī)律，結果證明由極化曲線得到的規(guī)律是可靠的，這為確定Cr”電氧化為Cr6’的最佳工藝條件提供理論指導。依據(jù)主副反應的極化規(guī)律并通過電解實驗證明，采用變電流操作可以明顯提高電解的平均電流效率，這為cr3+電解制Cr“提供了一條有效提高電流效率的操作途徑。此外，電解實驗還比較了自制PbOz／Pb電極和廠家訂做Pb02／Ti電極對電解過

5、程的影響情況，(三)以13一甲基萘、cr”為原料相轉(zhuǎn)移氧化合成2一甲基一l，4一萘醌(2-MNQ)的工業(yè)生產(chǎn)中，鉻液是循環(huán)使用的。通過對合成工藝研究，得出了以鉻酐和循環(huán)電解液為氧化劑合成2-MNQ的最佳工藝條件，由于電解鉻液循環(huán)次數(shù)對合成工藝過程影響重大，因此考察了鉻液的循環(huán)次數(shù)對電解的平均電流效率和2-MNQ的收率的影響規(guī)律。結果表明：鉻液經(jīng)過多次循環(huán)以后，平均電流效率和2-MN氧化為2-MNQ的收率分別穩(wěn)定在733％和651％，與采用新鮮鉻酐作為氧化劑相比十分接近，證明了間接電氧化法合成2-MNQ的可行性。㈣在影響電極反應的因素中，電極催化活性影響很大。為了更好了解電

6、極表面微觀結構對電解過程之影響，采用XRD(x射線衍射)測定了電極表面活性組分Pb02晶型，用SEM(掃描電鏡)觀察其形貌特征。結果表明自制Pb02／Pb電極和廠家訂做Pb02／Ti電極的表面活性組分主要為0一Pb02，而自制電極B—Pb02含量較低，用SEM觀察廠家電極表面Pb02晶貌主要呈現(xiàn)針狀或樹枝狀，晶粒較小，而自制PbO：陽極較多部分晶粒尺寸較大且晶貌表面光滑呈圓形，這說明自制的Pb02電極活性組分中含有較多的Ⅱ一Pb02和無定形Pb02，這與XRD測定結果是一致的。本論文的重要創(chuàng)新點在于運用極化曲線規(guī)律指導電解工藝條件的確定，解釋電解過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象。討論極化

7、曲線時引入電極電位中隨電流密度的對數(shù)值lgi變化的趨勢(d中／dlgi主)>(d中／dlgi02)，由此得出隨總電流密度增加，折氧I-EIjtL密度增加的速度大于主反應電流密度增大的速度，不僅解釋了實際電解t產(chǎn)中主反應電流效率隨總電流密度增加而減小的現(xiàn)象，同時也為變電流操作提供了可靠理論依據(jù)，是理論結果與實際生產(chǎn)的較好結合AbstractThispaperisbasedOntheindustrialapplication。。——synthesisof2-methyl一1，4一naphthoquinone(2一MNQ)withi