一种电催化加氢制备1-氨基蒽醌的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用碳纳米管(CNT)膜电极作为阴极电催化还原1

【技术实现步骤摘要】
一种电催化加氢制备1
‑
氨基蒽醌的方法


[0001]本专利技术涉及化工生产
，具体涉及一种电催化加氢制备1
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氨基蒽醌的方法。

技术介绍

[0002]我国对于蒽醌染料的需求量极大，而生产蒽醌染料过程中主要的中间体是1
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氨基蒽醌。因此，高质量的合成1
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氨基蒽醌无疑具有巨大的经济价值和市场前景。1
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氨基蒽醌的合成方法主要有磺化氨解法、硝化还原法、萘醌丁二烯法等。其中，磺化氨解法制备1
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氨基蒽醌的生产过程需要使用剧毒的硫酸汞，因此该方法已逐渐被市场所淘汰。萘醌丁二烯法是以精萘为原料，将其经硝化、氧化、硝化和亲电加成反应后制得1
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氨基蒽醌，产物纯度较高但反应流程复杂，不适于实际应用。硝化还原法是我国目前普遍使用的方法，以蒽醌为原料硝化制得1
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硝基蒽醌，再还原制备1
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氨基蒽醌。主流的还原方法有氨解法、硫化碱还原法、液相催化加氢法和电化学还原法等。氨解法的生产过程由于使用氢氧化氨会产生亚硝酸铵，有潜在的爆炸风险；硫化碱还原法是如今国内外染料企业生产1
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氨基蒽醌的常用方法，主要使用的硫化碱是硫化钠和硫氢化钠，具有反应温和、产物易受集等优点，但产生的硫酸盐废液会导致环境污染；液相催化加氢法是以氢气为氢源，将Pt、Pd或Co等负载在载体上作为产氢催化剂，在常压或高压下进行的1
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硝基蒽醌还原反应。该反应是多相反应，对反应物和产物的溶解无要求，但该法对设备具有较高要求，反应条件需要一定压力或温度。
[0003]本申请采用电化学还原法，通过电子转移还原1
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硝基蒽醌。该方法反应速率快、产物易分离且绿色无污染，高效、价廉、而且使用稳定的阴极材料是该工艺的关键。但由于电能利用及反应物溶解性问题，1
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硝基蒽醌电化学还原法尚未有报道实际应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种以碳纳米管(CNT)膜电极为阴极电化学催化还原1
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硝基蒽醌生产1
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氨基蒽醌的方法，该方法反应速率较快，装置操作运行简单，生成物产率效率高。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供的技术方案如下：一种电催化加氢制备1
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氨基蒽醌的方法，包含以下步骤：将1
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硝基蒽醌溶解在N
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甲基吡咯烷酮中，再加入Na2SO4电解质溶液，然后加入钯纳米团簇作为阴极产氢催化剂，以CNT膜电极为阴极、钛片为阳极，在一定外加电压下催化加氢反应制得1
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氨基蒽醌。
[0006]优选的，所述CNT膜电极的制备方法包括：先通过超声处理将少量CNT粉体均匀分散在NMP溶液中，再将该分散液真空抽滤到聚四氟乙烯PTFE基膜上即可制得CNT膜电极。
[0007]优选的，所述钯纳米团簇催化剂的制备方法包括：将Na2PdCl4溶液和2
‑
羟基
‑4‑
甲硫基丁酸溶液混合搅拌，再加入NaOH溶液和NaBH4溶液，磁力搅拌即得。
[0008]优选的，所述CNT的使用量与1
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硝基蒽醌的质量比为0.6～2：1。
[0009]优选的，所述催化剂体积与1
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硝基蒽醌的质量比(ml：mg)为0～0.4：1。
[0010]优选的，所述电压为0～10V，采用直流电。
[0011]优选的，所述Na2SO4电解质溶液配制方法为：将Na2SO4溶于超纯水中，Na2SO4质量与超纯水的体积比(mg：ml)为14.2～42.6：40，优选的比例为25～30：40。
[0012]优选的，所述N
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甲基吡咯烷酮体积与1
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硝基蒽醌的质量比(ml：mg)为10～30：25，Na2SO4电解质溶液体积与1
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硝基蒽醌的质量比(ml：mg)为35～45：25。
[0013]优选的，所述钯纳米团簇催化剂中：所述Na2PdCl4溶液为1.5mM
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2.5mM的水溶液，2
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羟基
‑4‑
甲硫基丁酸溶液为4mM
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6mM的水溶液，NaOH溶液为0.5M
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1.5M的水溶液，NaBH4溶液为105mM
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125mM的水溶液；Na2PdCl4溶液：2
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羟基
‑4‑
甲硫基丁酸溶液：NaOH溶液：NaBH4溶液体积比为26：20：3：1。
[0014]优选的，所述CNT粉体质量与NMP的体积比(mg：ml)为1：0.4
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1.3，CNT粉体质量与聚四氟乙烯PTFE基膜使用量的比例(mg：cm2)为2.6～0.8：1。
[0015]本专利技术的原理如下：
[0016]在辅助电场作用下，CNT膜电极附近的1
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硝基蒽醌得到电子被还原为1
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氨基蒽醌，而溶液中析出的部分1
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硝基蒽醌和Na2SO4形成絮凝体呈悬浮态，该絮凝体与CNT膜电极也可通过接触发生还原反应。而钯纳米团簇催化剂的加入旨在加速阴极通过电解水产生氢气的速度，利用氢气还原制得1
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硝基蒽醌。
[0017]本专利技术的优点在于：
[0018](1)本专利技术提出的1
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氨基蒽醌制备方法装置结构简单，制备周期短，制备条件温和，环境友好，解决了电化学法制备1
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氨基蒽醌的实际应用问题。
[0019](2)本专利技术提出的利用CNT膜作为阴极电化学制备1
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氨基蒽醌，所使用的CNT膜电极的比表面积(cm2/g)为60～120，与传统金属电极的比表面积(cm2/g)4～15相比，能提供更多的1
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硝基蒽醌反应和氢气吸附位点，同时对还原产氢有一定催化作用，阴极通过直接电子转移和催化剂增强产氢作用进一步还原反应物的双重作用，实现了1
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氨基蒽醌的快速制备。使用的CNT膜电极具有更丰富的活性位点，提供了更多的反应表面积，相比传统金属电极显著提高了1
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氨基蒽醌的生成速率，有效提高体系的反应速率。
[0020](3)本专利技术提出的利用钯纳米团簇催化产氢还原1
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硝基蒽醌，制得的纳米团簇不仅能有效加快氢气的生成更能起到储存氢气的作用，防止产生的氢气未反应逸出溶液，提高了反应效率。
附图说明
[0021]图1为实施例1与对比例1中，反应体系在使用不同阴极的条件下，体系中1
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氨基蒽醌的生成情况对比图；
[0022]图2为实施例1与对比例2中，反应体系在不同外加电压条件下，体系中1
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氨基蒽醌的生成速率情况图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电催化加氢制备1
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氨基蒽醌的方法，其特征在于，包含以下步骤：将1
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硝基蒽醌溶解在N
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甲基吡咯烷酮中，再加入Na2SO4电解质溶液，然后加入钯纳米团簇作为阴极产氢催化剂，以CNT膜电极为阴极、钛片为阳极，在一定外加电压下催化加氢反应制得1
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氨基蒽醌。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CNT膜电极的制备方法包括：先通过超声处理将少量CNT粉体均匀分散在NMP溶液中，再将该分散液真空抽滤到聚四氟乙烯PTFE基膜上即可制得CNT膜电极。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钯纳米团簇催化剂的制备方法包括：将Na2PdCl4溶液和2
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羟基
‑4‑
甲硫基丁酸溶液混合搅拌，再加入NaOH溶液和NaBH4溶液，磁力搅拌即得。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CNT的使用量与1
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硝基蒽醌的质量比为0.6～2：1。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂体积与1
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硝基蒽醌的质量比(ml：mg)为0～0.4：1。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压为0～10V，采用直流电。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Na2SO4电解质溶液配制方法为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳彪，周子钧，梅梧桐，李方，姬书亮，董茹燕，
申请(专利权)人：江苏亚邦染料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：