【doc】RaneyNi电极在葡萄糖、蔗糖电还原上的应用

【doc】RaneyNi电极在葡萄糖、蔗糖电还原上的应用 RaneyNi电极在葡萄糖、蔗糖电还原上的应 用 第24卷第4期 总第67期2003年 河北科技大学 J()URAL()FHEBEIUNlVERSlTYOF SClECEADTECHN()L()GY V01.24NO.4 Sum672003 文章编号:l008—1542(2003)04—001603 RaneyNi电极在葡萄糖,蔗糖 电还原上的应用 申凤娟,刘艳春,顾登平 (1.河北科技大学理学院,河北石家庄050018;2.河北师范大学化学学院,河北石家 庄050016) 摘要:采用自制隔膜电解槽,首先对阴极材料进行了选择,选出葡萄糖转化率最高的 RaneyNi粉电极作为电解阴极.将氢过电位低的RaneyNi粉作为阴极应用到葡萄糖, 蔗糖的电解还原中,在pH一1O,l1.通入电量为1.2F?mol_.,温度为6O?,电流密 度为4A?dm,糖浓度为0.tool?I最佳工艺条件下阴极电解还原葡萄糖转化率 在PH一9,通入电量为1.3F?mol_.,温度为35?,电流 为73,甘露醇产率为3O; 密度为3.0A?dm_.,糖浓度为0.5mol?L工艺务件下电解还原蔗糖处理液,转化 率为84,甘露醇产率可达46. 关键词:RaneyNi粉电极;葡萄糖;蔗糖 中图分类号:0646.51文献标识码:A 甘露醇,山梨醇广泛应用于医药,食品,化工等领域,两者的生产相似,但长期以 来,甘露 醇受到生产原料的限制,其产量也受到限制.且产品价格较高.目前甘露醇生产方法主要有提取 法,合成法,电解法.海带提取法,13t海带提取lt甘露醇,产量受到自然资源的限制.化学法 合成甘露醇,多采用加热,加压并加催化剂的方法,此法对生产设备要求高,投资大,成本高,葡萄 糖转化率高达95以上,但甘露醇在总醇量中的比例低[I].电解法通常使用的都是污染比较严 重的铅电极,而本实验将氢过电位低的RaneyNi作为电极应用到葡萄糖的电解还原中,结果很 好.阴极还原葡萄糖转化率为73,甘露醇产率为3O,电解还原蔗糖处理液,转化率为84, 甘露醇产率可达46. 1实验仪器及电解装置 1.1仪器 仪器:直流电源;离子交换膜(上海虬江标牌厂);圆盘旋光仪(上海浦东物理光学仪器厂); 收稿日期2003—05一l9i修嘲日期:2003—06—27责任编辑:陈玉堂 基金项目:河北省科学技术厅基金资助项口(02213005D) 作者简介:申风娟(197卜).女,河北高邑县人.硕f..』}帅.主要从事有机电合成和有机化学教学方面的研究. 第4期申风娟等RaneyNi电极在葡萄糖,蔗糖电还原上的应用l7 电子读数天平(LIBRORAEL一160):磁力泵(IOCQ一3上海通一水泵厂);气相色谱仪(日本岛津). 1.2电解装置 采用自制的平板电解槽,阴极室和阳极室用酸 性阳离子交换膜隔开,用磁力泵带动阴极液和阳极 液循环,循环回路由恒温水保持电解系统恒温. 1.3RaneyNi电极,RaneyNi粉电极 RaneyNi电极是由北京化学机械厂生产的一种 电极,此电极是在碳钢面镀l层镍铝合金,使用时 用叫(NaOH)为259/6,359/6的溶液,9O_C,浸泡3, 4h,用蒸馏水冲洗电极至pH值为7,即得到表面多 孔的RaneyNi板电极,此电极可直接放置于空气中 保存.目前,此电极只应用于氯碱工业.笔者首次 将RaneyNi板电极应用到葡萄糖电解还原中. RaneyNi粉多作为催化加氢反应的催化剂.目 前,合成法制备甘露醇多采用RaneyNi粉作为催化 1,酸性阳离子交换膜;2一阴极;3一阳极; 4一恒温装置;5一磁力驱动泵;6一电解液; P,尾气吸收装置;A一电流表;V,电压表 图l电解装置 Fig.1Electrolysisfixture 剂,合成时需加热加压,对设备要求高,成本高.将RaneyNi粉直接加入到阴极液中,将Raney— i板作为导电介质,RaneyNi粉作为阴极,也就是RaneyNi粉电极. 2实验结果及讨论 2.1阴极材料的选择 电极材料是影响有机电解反应的重要因素之一L2],氢过电位或氧过电位,催化效应,电极吸 附作用物,杂质的性质以及所加组分和该电极的物理状态都可以影响电解过程.因此,选择电极 材料非常重要.电极材料选择不当,会使槽压升高,能耗增大,反应选择性差.根据文献报 道D-8],主要选择了以镍为材质的电极. 1)铅电极阴极液为葡萄糖溶液,浓度为0.25mol?dm一,pH一10,硫酸钠电解质浓度 为 0.2mol?dm.阳极液为1mol?dmNaC1溶液.阳极DSA电极(在钛网基体上涂上RuO2, 它具有高的电催化活性,抑制氧气的析出),阴极为铅电极.反应温度为6O?,在不同电流密度 时得到的数据见图2.以过电位高的铅作阴极,电流密度为lA?dm,,其转化率最高.铅电极 作阴极电流效率低. Zn合金电极阴极液为葡萄糖溶液,浓度为0.25mol?L,,pH一10,电解质浓2)Pb— 度为 0.2mol?L.阳极液为1mol?LNaC1溶液.阳极DSA电极,阴极Pb—Zn合金电极(叫 (Pb)为75自制).反应温度为6O?,在不同电流密度下得到的数据见图2.Pb和Zn都属于 氢过电位高的金属,自制铅锌合金电极作阴极,电解还原葡萄糖,其转化率在电流密度为lA' dm时最高. 3)镍电极阴极液为葡萄糖溶液,浓度为0.25mol?I,pH一10,电解质0.2mol?L. 阳极液为lmol?LNaC1溶液.阳极DSA电极,阴极电极为镍板.反应温度为60.C,在不同 电流密度时得到的数据见图2. 4)Raneyi电极阴极液为葡萄糖溶液,浓度为0.25mol?【,,pH一10,电解质浓度为 0.2mo1.L.阳极液为lmol?【NaC1溶液.阳极DSA电极,阴极电极为Raney镍板(北 l8河北科技大学 京化学机械厂制造).反应温度为6oC,在不同 电流密度时得到的数据见图2.Raney镍电极电 解葡萄糖时,随着电流密度的增大,反应转化率 也增大,当电流密度大于4A?dm,:时,转化率 降低.本实验初步认识到直接在电解液中加100 目的RaneyNi粉,转化率较高,而且也不影响电 解的进行. 5)RaneyNi粉电极阴极液为葡萄糖溶液, 浓度为0.25mol?L..,pH一10,电解质浓度为 0.2mol?L...阳极液为1tool?LNaCI溶 液.阳极DSA电极,阴极电极为Raney板并加 入RaneyNi粉.反应温度为6O.C,在不同电流 密度时得到的数据见图2.在金属Raney板作 电流密度/(A?dm) ARaneyNi粉;?RaneyNi板;?Ni;IPb;oPb—Zn 图2电极材料比较 阴极的反应体系中加入RaneyNi粉,转化率明显增大. 6)电极材料比较从图2可看出,RaneyNi粉电极电解葡萄糖转化率最高.文献[4,7]也 报道了RaneyNi在阴极电还原的电催化性能,RaneyNi除了最基本的传递电子的功能之外,在 还原过程中它吸附原子氢,氢原子再与反应物作用. 2.2新型电极在葡萄糖和蔗糖电解还原中的应用 将新型电极应用在葡萄糖和蔗糖的电解中,研究了pH值,电流密度,糖的浓度,温度以及通 入电量等因素对电解的影响,得到电解葡萄糖最佳工艺条件为pH一1o,11,电量1.2F,温度为 6O?,电流密度为4A?dm,糖浓度为0.5mol?L一,转化率可达73,甘露醇占总醇2O. 电解蔗糖处理液最佳工艺条件:糖浓度为0.5mol?L_.,pH一9,温度为35C,通入电量为 1.3F?mol_.,电流密度为3.0A?dm一,转化率为85,甘露醇量占总醇量的46. 2.3结论 RaneyNi镍电极的氢过电位较低,但以RaneyNi作为电极电解还原葡萄糖和蔗糖,糖的还 原转化率及甘露醇产率都比氢过电位高的铅电极好.因此RaneyNi电极的应用将替代传统方 法中污染较高的铅电极的使用,具有广泛的应用前景. 参考文献: [1]黎颖.甘露醇的性质,生产与发展建议『J].广西化:[,1999,28(4):3I-33. E23吴守国,程爱丽.有机电合成反应类型及棚关问题[J.精细化工,1998,15(增刊):3I9-322. r3]PARKK,PINTAUROPN,BAIZERMM,Cta1.FlowReactorStudiesofthePairedElectro OxidationandElectroreduc— tionofGlucose[J].ElectrochemSoc,1985,132(8):1850—1855. [4]沈报恩,唐寅宣,丁云杰,等.葡萄糖电化学还原研究[J].化学世界,1994,(cI):184—187. fs]董俊,邓洁.电还原葡萄糖制山梨醇的极材料研究[J].贵州大学,1996,13(3):16卜164. [6]HEWei,HUWen—cheng,TANGXian—zhong.ElectroreductionSugarstoPolyalcoholsfromAlkalineAqueousMediaon MercuryElectrodes[J].电子科技大学,1999,28(3):324—328. [7]龚竹青.理论电化学导论[M].长沙:中南工业大学出版社,I988.395. [83赵崇涛,黄紫洋,王其泳.口葡萄糖在Ph—zn合金电}屉L电化学还原的研究rJ].福建师范大学#报(自然科学版),1996,12 (2):42—46. (下转第60页) 60河北科技大学2003正 .结果有所不同. 黄,过量的NaOH被中和 3结论 通过试验对比分析可知,采用重量法测定羟基磷灰石中磷的含量,精密度好,准确度高.而 容量法操作步骤繁琐,要求高,致使精密度和准确度均较难掌握,在实际操作中,努 力克服容量法 测定中不确定因素的影响,才能提高测试结果的准确度. 参考文献: [1]杨毅.增压溶样磷钼酸喹啉滴定法测定磷铁中磷[J].冶金分析,1998,18(5):54— 55 [2]武汉大学.分析化学(第3版)[M].北京:高等教育出版社,1995. UncertainFactorfortheAnalysisofPhosphorus intheHyhroxylapatitewithCapacityMethod YANGXiao—hua,SHIPei—hong,LIUYing—hua,TIANBao—yong (1.HebeiResearchCentreofAnalysisandTesting.HebeiUniversityofScienceandTechnology,Shijiazhuang Hebei050018,China;2.ShijiazhuangEnvironmentalMonitorStation,ShijiazhuangHebei050021,China) Abstract:C9H7NandNa2MoO4astheprecipitateconduct,reactwiththepositivephosphoricrootofthesample intheacidicsurrounding,thusgettingayellowprecipitate.Wetesttheprecipitateincapacitymethodandweight methodrespectively,using(NH4)2HP()4asthestandardsample.Wegetthephosphoruscontent.Therearevery muchdifferencesinthetworesults.Wediscusssomeaffectingfactorsincapacitymethod. Keywords:hyhroxy1apatite;capacitymethod;weightmethod;phosphorus 七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七 七七七七七七七七七 (上接第18页) StudyofRaneyNiCathodein ElectroreduceGlucoseandSucrose SHEFeng—juan,LIUYan—chun,GUDeng—ping (1.CollegeofSciences,HebeiUniversityofScienceandTechnology,ShijiazhuangHebei0500l8,China; 2.ChemistryDepartment,HebeiFeachersUniversity,ShijiazhuangHebei050016,China) Abstract:Cathodematerialisstudiedindividedcel1.LowhydrogenoverpotentialRaneyNipowderhashigherre— ductionefficiency.hispickedOUtasacathodetOelectroreduceglucoseandsucrose.Whenglucoseisreduced, theoptimumconditionispH=l1,temperatureofreactionis60'C,currentdensityis4.0A?dm.,theeoneen— trationofglucosesis0.5mol?L 一.chargeof1.2F?mol_.ispassed.Atthiscondition,glucoseconversionra— tionis73.The30ofthetotalofmannitolandsorbitolismannito1.Usingsucroseasrawmaterial,theopti— mumconditionispH=9.Thetemperatureis35?,currentdensityis3.0A?dm 一.,theconcentrationofglucose is0.5mol?L-.,Q=1.2F?mol一.Thecon%,ersionrationis84.Mannoseis46. Keywords:RaneyNipowder;glucose;sucrose