一種鋅還原硝基苯的新型技術(shù)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋅還原硝基苯綠色原電池反應(yīng)的電化學(xué)技術(shù)方法。其方法是由陰陽極室、陰陽極、隔膜、陰陽極溶液和負載構(gòu)成原電池。其反應(yīng)和發(fā)電過程是在陰極室加入硝基苯溶液，陽極室加入鋅及電解液，在一定的溫度和電流密度下下進行發(fā)電反應(yīng)。陰極室產(chǎn)生苯胺及其衍生物，陽極室產(chǎn)生鋅鹽，并同時產(chǎn)生大量電能。該技術(shù)的優(yōu)點是既能在原電池的兩個極室合成有用的化學(xué)物質(zhì)，又能副產(chǎn)電能，克服傳統(tǒng)技術(shù)將氧化還原劑混合在一起導(dǎo)致的污染和能量的浪費，是一種新型環(huán)保節(jié)能的技術(shù)。
【專利說明】
一種鋅還原硝基苯的新型技術(shù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種技術(shù)方法方法，其是利用鋅與硝基苯能夠自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，設(shè)計成原電池反應(yīng)體系，通過原電池反應(yīng)實現(xiàn)鋅還原硝基苯。屬于有機電化學(xué)和能源電化學(xué)的環(huán)保節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]能源和環(huán)境問題是當(dāng)今世界面臨的兩大課題，當(dāng)今，化石能源作為主要能源，帶來了嚴重的環(huán)境污染，加上化石能源的逐步枯竭，開發(fā)和利用可再生清潔能源，改善能源結(jié)構(gòu)，減少溫室氣體排放，保護人類賴以生存的環(huán)境，已經(jīng)成為當(dāng)今世界能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。
[0003]硝基化合物還原可以制備芳胺、氨基酚、偶氮化合物，及其衍生物，這些是醫(yī)藥、染料和農(nóng)藥中間體。傳統(tǒng)的鋅還原硝基苯，是將硝基苯、氯化亞鋅溶液、鋅粉加入到間歇反應(yīng)器中反應(yīng)，將產(chǎn)物用石灰中和后，送至分離器進行分離。這種方法雖然工藝過程簡單，副反應(yīng)少，設(shè)備投資少，但鋅粉和酸消耗量大，產(chǎn)生大量含芳胺的鋅鹽和廢水，污染嚴重，在工業(yè)上已被禁止使用。電化學(xué)還原法具有原料成本低，產(chǎn)品純度高及三廢污染少等優(yōu)點，受到廣泛學(xué)者和企業(yè)家的重視。
[0004]本發(fā)明采用電池反應(yīng)器進行鋅還原硝基苯的原電池反應(yīng)，其優(yōu)勢是:
[0005]I)可以同時在陽極室和陰極室分別產(chǎn)生鋅鹽和硝基苯還原產(chǎn)物等有用的產(chǎn)品。
[0006]2)使無機產(chǎn)物和有機產(chǎn)物分別在兩個分隔開的反應(yīng)室中產(chǎn)生，不存在兩種產(chǎn)物混合而需要分離的問題，污染問題大大減小。
[0007]3)除得到有用的化學(xué)物質(zhì)外，同時產(chǎn)生了大量的電能。
[0008]本發(fā)明所提供的鋅還原硝基苯原電池反應(yīng)放電功率大，硝基苯轉(zhuǎn)化率高。經(jīng)檢索，尚未見鋅還原硝基苯綠色原電池反應(yīng)的報道。該方法既可以用來合成苯胺、氧化偶氮苯等有機產(chǎn)品和鋅鹽等無機產(chǎn)品，也可以同時產(chǎn)生電能，是一種將傳統(tǒng)產(chǎn)生技術(shù)綠色化的新技術(shù)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種鋅還原硝基苯的電化學(xué)技術(shù)方法。
[0010]作為本發(fā)明所述方法的一種優(yōu)選方案，鋅還原硝基苯原電池反應(yīng)器采用陰陽極室之間有隔膜的反應(yīng)器，陽極采用銅電極，陰極采用鉑電極，隔膜采用陰離子交換膜，選擇合理的陽極液、陰極液、反應(yīng)溫度和極間距。
[0011 ]為解決上述陽極液、陰極液、反應(yīng)溫度和極間距問題，陽極液為氯化銨水溶液。陰極液為2moI L—1硝基苯乙醇溶液，其中支持電解質(zhì)為7mo1.L—1鹽酸。反應(yīng)溫度為78°C。極間距為0.5cm ο
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明具體是按照以下的操作步驟完成鋅還原硝基苯的電化學(xué)技術(shù)方法的:
[0013]步驟一，對陰極和陽極進行前處理；
[0014]步驟二，將陰極液、陽極液加熱至所需溫度；
[0015]步驟三，通過蠕動栗將陰極液和陽極液分別通入隔膜電池反應(yīng)器的陰陽極室；
[0016]步驟四，進行電池的放電反應(yīng)；
[0017]步驟五，停止反應(yīng)，分別獲得陰陽極產(chǎn)物。
[0018]作為本發(fā)明所述方法的一種優(yōu)選方案，步驟一中所述的陰極和陽極前處理，是將Pt片和Cu片用金相紙打磨后，分別用丙酮、稀硝酸、水超聲清洗，干燥。
[0019]作為本發(fā)明所述方法的一種優(yōu)選方案，步驟三中所述的電池反應(yīng)器由陰極、陽極、隔膜、陰極室、陽極室構(gòu)成，陰極室、陽極室材料為聚四氟乙烯，隔膜為陰離子交換膜，極間距分別為I Cm O
[0020]作為本發(fā)明所述方法的一種優(yōu)選方案，步驟二中陰極液為2molL—1硝基苯乙醇溶液，其中支持電解質(zhì)為7mol L—1鹽酸；陽極液為氯化銨水溶液;溫度為78°C。
[0021 ]作為本發(fā)明所述方法的一種優(yōu)選方案，步驟四中電池放電反應(yīng)采用恒流放電。
[0022]作為本發(fā)明所述方法的一種優(yōu)選方案，步驟五中陰極室產(chǎn)物采用甲苯或四氯甲烷萃取方法提取，陽極室產(chǎn)物采用濃縮結(jié)晶獲得。
[0023]本發(fā)明效果和優(yōu)點:既可以將硝基苯在陰極室還原為有用的化學(xué)品，將鋅在陽極室氧化為鋅鹽，使無機產(chǎn)物和有機產(chǎn)物通過隔膜自然分開，避免傳統(tǒng)工藝的污染，又可以副產(chǎn)電能。
【附圖說明】
[0024]附圖1是本發(fā)明電池反應(yīng)器示意圖。
具體實施例
[0025]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明所述方法進行詳細說明。應(yīng)說明的是，以下實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳的實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
[0026]如圖1所示電池反應(yīng)器，將陰極、陽極、隔膜及槽體等，安裝好反應(yīng)器，分別通入一定濃度的陰陽極液，在一定溫度和電流密度下進行放電反應(yīng)，陰陽極室分別獲得相應(yīng)的還原及氧化產(chǎn)物，并得到電能。陰極產(chǎn)物通過蒸餾出乙醇后，用甲苯萃取分離。陽極產(chǎn)物為鋅鹽可以直接使用或濃縮結(jié)晶后使用。
[0027]實施例1
[0028]陰極為鉑片，陽極為銅片，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為0.5mol L—1硝基苯、3.5mol L—1鹽酸的乙醇溶液，陽極液為鋅粉、0.5mol L—1氯化銨水溶液，反應(yīng)溫度為70°C，極間距為I cm，以I OmA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池最大功率為20.0mff cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺28%，對氯苯胺45%，鄰氯苯胺4%，對乙氧基苯胺17%，其它6% ;陰極產(chǎn)物氯化亞鋅100%。
[0029]實施例2
[0030]陰極為鉑片，陽極為銅片，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為lmolL—1硝基苯、7molL—1鹽酸的乙醇溶液，陽極液為鋅粉、0.5moI L—1氯化銨水溶液，反應(yīng)溫度為75 °C，極間距為I cm，以lOmA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池功最大率為31.2mff cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺30%，對氯苯胺46%，鄰氯苯胺7%，對乙氧基苯胺15%，其它2% ；陰極產(chǎn)物氯化亞鋅100%。
[0031]實施例3
[0032]陰極為鉑片，陽極為銅片，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為2molL—1硝基苯、7molL—1鹽酸的乙醇溶液，陽極液為鋅粉、0.5moI L—1氯化鈉水溶液，反應(yīng)溫度為75 °C，極間距為I cm，以lOmA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池最大功率為36.3mff cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺28%，對氯苯胺3%，鄰氯苯胺7%，對乙氧基苯胺11%，氧化偶氮苯7%，其它4% ;陰極產(chǎn)物氯化亞鋅10 %。
[0033]實施例4
[0034]陰極為鉑片，陽極為銅片，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為lmolL—1硝基苯、7molL—1鹽酸的乙醇溶液，陽極液為鋅粉、lmol L—1氯化鈉水溶液，反應(yīng)溫度為75°C，極間距為0.5cm，以lOmA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池最大功率為45.4mff cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺28%，對氯苯胺45%，鄰氯苯胺7%，對乙氧基苯胺17%，其它3% ;陰極產(chǎn)物氯化亞鋅 100%。
[0035]實施例4
[0036]陰極為鉑片，陽極為銅片，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為lmolL—1硝基苯、5molL—1鹽酸的乙醇溶液，陽極液為鋅粉、lmol L—1氯化銨水溶液，反應(yīng)溫度為78°C，極間距為0.5cm，以lOmA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池最大功率為49.6mff cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺33%，對氯苯胺35%，鄰氯苯胺2%，對乙氧基苯胺26%，其它4% ;陰極產(chǎn)物氯化亞鋅100%。
[0037]實施例5
[0038]陰極為鉑片，陽極為銅片，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為2molL—1硝基苯、4molL—1鹽酸的乙醇溶液，陽極液為鋅粉、lmol L—1氯化鈉水溶液，反應(yīng)溫度為78°C，極間距為0.5cm，以lOmA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池最大功率為48.0mW cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺30%，對氯苯胺27%，鄰氯苯胺5%，對乙氧基苯胺34%，其它4% ;陰極產(chǎn)物氯化亞鋅100%。
[0039]實施例6
[0040]陰極為鉑片，陽極為銅片，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為lmolL—1硝基苯、7molL—1鹽酸的乙醇溶液，陽極液為鋅粉、2mol L—1氯化銨水溶液，反應(yīng)溫度為75°C，極間距為0.5cm，以15mA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池最大功率為46.4mff cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺26%，對氯苯胺41%，鄰氯苯胺8%，對乙氧基苯胺19%，其它6% ;陰極產(chǎn)物氯化亞鋅100%。
[0041 ] 實施例7
[0042]陰極為鉑片，陽極為銅片，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為1.5mol L—1硝基苯、7molL—1鹽酸的乙醇溶液，陽極液為鋅粉、lmol L—1氯化銨水溶液，反應(yīng)溫度為50°C，極間距為
0.5cm，以lOmA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池最大功率為26.2mff cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺50%，對氯苯胺12%，鄰氯苯胺2%，對乙氧基苯胺4%，氧化偶氮苯30%，其它2% ；陰極產(chǎn)物氯化亞鋅10 %。
[0043]實施例8
[0044]陰極為鉑片，陽極為銅片，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為2.0molL—1硝基苯、6molL—1鹽酸的乙醇溶液，陽極液為鋅粉、lmol L—1氯化銨水溶液，反應(yīng)溫度為30°C，極間距為0.5cm，以lOmA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池最大功率為15.1mW cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺32%，對氯苯胺3%，氧化偶氮苯62%，其它3% ；陰極產(chǎn)物氯化亞鋅100%。
[0045]實施例9
[0046]陰極為鉑片，陽極為銅片，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為2.0molL—1硝基苯、7molL—1鹽酸的乙腈溶液，陽極液為鋅粉、lmol L—1氯化銨水溶液，反應(yīng)溫度為80°C，極間距為0.5cm，以lOmA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池最大功率為52mW cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺15%，對氯苯胺71%，鄰氯苯胺13%，其它1% ;陰極產(chǎn)物氯化亞鋅100%。
[0047]實施例10
[0048]陰極為鉑片，陽極為銅片，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為2.0molL—1硝基苯、7molL—1鹽酸的丙酮溶液，陽極液為鋅粉、lmol L—1氯化銨水溶液，反應(yīng)溫度為55°C，極間距為0.5cm，以lOmA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池最大功率為29.3mff cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺68%，對氯苯胺17%，鄰氯苯胺3%，氧化偶氮苯8，％其它4% ;陰極產(chǎn)物氯化亞鋅100%。
[0049]實施例11
[0050]陰極為石墨，陽極為石墨，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為2.0molL—1硝基苯、7molL—1鹽酸的乙醇溶液，陽極液為鋅粉、lmol L—1氯化銨水溶液，反應(yīng)溫度為78°C，極間距為0.5cm，以lOmA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池最大功率為20.8mff cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺19%，對氯苯胺62%，鄰氯苯胺12%，其它7% ；陰極產(chǎn)物氯化亞鋅100%。
[0051 ] 實施例12
[0052]陰極為鉑，陽極為銅，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為2.0molL—1硝基苯、7mol L一1鹽酸的正丁醇溶液，陽極液為鋅粉、lmol L—1氯化銨水溶液，反應(yīng)溫度為100°C，極間距為0.5cm，以lOmA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池最大功率為61mW cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺9%，對氯苯胺37 %，鄰氯苯胺2%，對正丁氧基苯胺50%，其它2% ;陰極產(chǎn)物氯化亞鋅100%。
[0053]實施例13
[0054]陰極為鉑，陽極為銅，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為2.0molL—1硝基苯、4.5molL—1硫酸的乙醇溶液，陽極液為鋅粉、lmol L—1硫酸銨水溶液，反應(yīng)溫度為78°C，極間距為0.5cm，以lOmA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池最大功率為34mW cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺23%，對乙氧基苯胺62%，其它15% ；陰極產(chǎn)物硫酸亞鋅100%。
[0055]實施例14
[0056]陰極為鉑，陽極為銅，陰離子交換膜為隔膜，陰極液為2.0molL—1硝基苯、4.5molL—1硫酸的正丁醇溶液，陽極液為鋅粉、Imo I L—1硫酸銨水溶液，反應(yīng)溫度為100 V，極間距為0.5cm，以lOmA/cm2電流密度進行放電反應(yīng)。獲得的電池最大功率為58mW cm—2;陰極產(chǎn)物為苯胺11%，對正丁氧基苯胺82%，其它7% ;陰極產(chǎn)物硫酸亞鋅100 %。
【主權(quán)項】
1.一種鋅還原硝基苯綠色原電池反應(yīng)的電化學(xué)技術(shù)方法，其特征在于:既能合成有用的化學(xué)物質(zhì)，又能副產(chǎn)電能。2.如權(quán)利要求1所述的鋅還原硝基苯綠色原電池反應(yīng)的電化學(xué)技術(shù)，其特征在于:原電池由陰陽極室、陰陽極、隔膜、陰陽極溶液和負載構(gòu)成。其反應(yīng)和發(fā)電過程為在陰陽極室加入相應(yīng)的溶液，在一定的條件下進行發(fā)電反應(yīng)。3.如權(quán)利要求2所述的陽極液由鋅為原料，小于2mol/L亞鋅鹽或鈉鹽、鉀鹽、銨鹽水溶液及其混合物為電解質(zhì)組成。4.如權(quán)利要求2所述的陰極液由小于2mol/L硝基苯為原料，醇、酮、腈或它們的混合物為溶劑，小于7mol/L鹽酸或其它中強酸為電解質(zhì)組成。5.如權(quán)利要求2所述的陽極為鋅、銅、銀、金、鉑、鈀、碳或其它還原性弱于鋅的金屬。6.如權(quán)利要求2所述的陰極為銅、銀、金、鉑、鈀、碳或其它金屬或非金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料。7.如權(quán)利要求2所述的隔膜為多孔性機械隔膜或陰離子交換膜及陽離子交換膜。8.如權(quán)利要求2所述的反應(yīng)條件為溫度30-100°C，放電反應(yīng)可以連續(xù)或間隙進行。9.如權(quán)利要求2所述的反應(yīng)陽極產(chǎn)物可以溶液形式直接使用或提取固體鋅鹽產(chǎn)物。10.如權(quán)利要求2所述的反應(yīng)陰極產(chǎn)物可以通過萃取或蒸餾等方式分離。
【文檔編號】C25B3/04GK105862072SQ201610244419
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】陳松, 涂序國, 李葉濤, 王曉娟, 馬翔宇, 吳彥君, 何瑞楠, 唐宏, 高興旺, 馬培嵐, 陳亮, 柏云杉
【申請人】鹽城工學(xué)院