铬酸钠电化学合成铬酸酐的初步研究

发布时间：2016-11-17 17:55

  本文关键词：2003年石油化工绿色化学与化学工程的进展，由笔耕文化传播整理发布。

《郑州大学》 2006年

铬酸钠电化学合成铬酸酐的初步研究

余志辉  

【摘要】：随着社会的进步，铬酸酐作为重要的无机化工产品，国内外需求量逐年递增，缺口甚大，传统生产工艺中的Na_2Cr_2O_7-H_2SO_4间歇熔融法、外热连续法、内热连续法、湿法等技术，都不可避免地存在铬流失、污染环境、产品质量差等问题。有“绿色技术”之称的电合成法具有无污染、投资少、收率高、产品质量好等其它工艺无法比拟的优点，成为国内外研究的热点。本文以Na_2CrO_4为原料，进行电化学合成铬酸酐过程用阳离子交换膜、电合成反应器、电极材料选择、工艺条件初步优化、工作电压变化规律等基础研究，具有重要的学术理论意义和工程应用前景。 阳离子交换膜是电合成反应器的重要组成部分。从Na_2CrO_4电合成铬酸酐过程特征分析入手，，结合市售阳离子交换膜的结构和性能，筛选出Na_2CrO_4电合成铬酸酐用较佳阳离子交换膜。设计自制钛／不锈钢两室电合成反应器。 电极既是Na_2CrO_4电化学合成铬酸酐过程的催化剂，又是电化学反应的场所，针对Na_2CrO_4电合成铬酸酐体系的特点，设计自制不锈钢阴极，以钛作基体的多层复合金属氧化物阳极。 使用钛／不锈钢两室电合成反应器、Aciplex~(?)-F4602阳离子交换膜、不锈钢阴极、Ti／TiO_2-RuO_2-IrO_2多层复合金属氧化物阳极，极间距小于1mm，以电流效率、直流电耗、转化率等为目标，考察了电流密度、反应温度、阳极液Na_2CrO_4初始浓度、电解时间、阴极液NaOH初始浓度等因素的影响，初步确定了较佳工艺条件。 根据电化学反应原理，从引起工作电压随反应时间变化的内在电化学反应原因分析入手，指出可用宏观测得的工作电压随反应时间的变化来定量表征电化学合成反应进程。为此，实验测得不同温度、不同电流密度、阳极液不同初始浓度下，Na_2CrO_4电合成Na_2Cr_2O_7和Na_2Cr_2O_7电合成铬酸酐过程中不同反应时间下的工作电压。建立了工作电压随反应时间变化的数学模型和工作电压变化速率方程。从电合成过程的物理作用和化学变化初步讨论了工作电压随反应时间的变化规律。

【关键词】：
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：O611.3
【目录】：

绪论10-16

0.1 铬酸酐的用途10-11

0.2 铬酸酐的消费市场和应用前景11-13

0.3 开发铬酸酐合成新工艺的必要性13-14

0.4 电合成技术的优势及特点14

0.5 本文研究内容、目的和意义14-16

1. 铬酸酐合成技术的文献综述16-25

1.1 重铬酸钠的合成技术16-18

1.1.1 硫酸酸化法16

1.1.2 硫酸氢钠化学沉淀法16

1.1.3 碳化法16-17

1.1.4 碳氨法17

1.1.5 氢氟酸法17

1.1.6 电合成法17-18

1.2 铬酸酐的合成技术18-24

1.2.1 硫酸熔融法19-21

1.2.2 硫酸湿法21-22

1.2.3 电合成法22-23

1.2.4 电合成-硫酸法23-24

1.3 小结24-25

2. 实验部分25-33

2.1 基本试剂25-27

2.2 主要仪器和设备27

2.3 原理27-28

2.4 实验装置及工艺流程28-30

2.4.1 实验装置28-29

2.4.2 工艺流程29-30

2.5 实验准备及说明30-32

2.5.1 二次蒸馏水的制备30

2.5.2 标准溶液的配置30-31

2.5.3 分析方法31-32

2.6 小结32-33

3. 实验结果33-47

3.1 阳离子交换膜的选择33-34

3.1.1 对阳离子交换膜的要求33

3.1.2 阳离子交换膜的结构33-34

3.1.3 三种全氟离子膜的比较34

3.1.4 阳离子交换膜的确定34

3.2 电解槽的制备34-38

3.2.1 电解槽设计的基本目标和要点35-36

3.2.2 电解槽的设计36-37

3.2.3 阴、阳极室材料的选取37-38

3.3 电极材料及制备38-41

3.3.1 阴极的制备38

3.3.2 阳极的制备38-41

3.4 工艺条件的选择41-46

3.4.1 电催化制重铬酸钠42-45

3.4.2 电催化制铬酸酐45-46

3.5 小结46-47

4. 电合成过程中工作电压的变化47-66

4.1 原理47-49

4.2 重铬酸钠电合成过程中工作电压的变化49-56

4.3 铬酸酐电合成过程中工作电压的变化56-63

4.4 讨论63-64

4.5 小结64-66

结论66-67

参考文献67-72

致谢72-73

附录: 攻读硕士学位期间发表的主要学术论文73

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