Способ получения пероксиугольной кислоты Советский патент 1993 года по МПК C07C409/24 C07C407/00 

Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу получения пероксиугольной кислоты.

Целью изобретения является увеличение производительности процесса и повышение выхода по току.

Согласно изобретению поставленная цель достигается способом получения угольной кислоты путем электролиза водного раствора, содержащего в качестве промо- тирующей добавки 0,5-1,5 г/л роданида калия при непрерывном бэрботаже через раствор диоксида углерода при плотности анодного тока 0,05-0.4 А/см2, а отличительной особенностью является то, что процесс проводят при давлении диоксида углерода 2-23 атм.

При растворении С02 в воде устанавливается равновесие Н20+ С02 НСОз + ОН (11

При атмосферном давлении (1,01 -10 Па) равновесие реакции (1) смещено влево. При повышении давления диоксида углерода повышается его растворимость в электролите и вместе с тем равновесие реакции (1) смещается вправо. При этом электропроводность раствора возрастает.

При увеличении давления СОз концентрационная поляризация по НСОз-ионам

уменьшается. Анодные плотности тока при этом достигают больших значений. При высоких плотностях анодного тока ускоряется процесс окисления НСОз-ионов по уравнению реакции

2НСОз-2е С042 +2Н +С02,

т.е. возрастает производительность процесса.

Для проведения процесса окисления НСОз в бездиафрагменном электролизере необходимо исключить восстановление образующихся пероксокарбонат ионов на катоде. Этого можно достигнуть уменьшением катодной плотности тока в 100 и более раз, т.е. на два порядка по сравнению с анодной плотностью тока. При таких условиях повышается и выход по току нэдуголь- ной кислоты из-за значительного подавления побочных реакций: анодного выделения кислорода и катодного восстановления пе- роксомокарбонат-иона.

Пример1.В бездиафрагменный электролизер в форме стакана емкостью 0.5 л наливают 200 мл дистиллированной воды, содержащей в качестве промотирующей добавки 0,1 г роданида калия (концггнтр.чция

Ё

00

СП

N3

о ю

роданида калия 0,5 г/л). Анодом служит платиновая пластинка, вставленная в крышку электролизера.Катод- корпус электролизера, т.е. внутренняя поверхность титанового электролизера, соприкасающаяся с раствором. Плотность анодного тока составляла 0,1 А/см2, а катодного 0,01 А/см2.

Диоксид углерода под давлением подают в электролизер из баллона с СОа. Давление С02 в электролизере измеряют манометром, установленным в крышке электролизера. Давление С02 составляет 12 атм. Электролиз проводят в течение одного часа. Напряжение на электролизере составляет 10,5 В. Температура исходного раствора составляет 10°С, а конечного продукта 25°С. Температура электролита не оказывает влияния на выход конечного продукта. Выход по току пероксиугольной кислоты составляет 88%.. П р и м е р 2. Электролиз проводят аналогично примеру 1 с той разницей, что плотность анодного тока составляет 0,1 А/см2, а катодного - 0,05 А/см2 (50 А/м ). Напряжение на электролизере составляет 11,0 В. Выход потоку пероксиугольной кислоты равен 65%.

П р и м е р 3. Электролиз проводят также, как и в примере 1 с той разницей, что плотность анодного тока составляет 0,1 А/см2, а катодного - 0,001 А/см2 (10 А/м2). Напряжение на электролизере составляет 9,6 В. Выход по току пероксиугольной кислоты равен 90%.

Из данных примеров осуществления способа видно, что при соотношении плотностей анодного и катодного токов в пределах 0,01-0,001:1 выход по току высок. При значении катодной плотности тока больше 0,01 А/см2 выход по току уменьшается.

Примеры4 и 5. Процесс ведут как и в примере 1 при атмосферном давлении (пример 4 - сравнительный п.о прототипу) и при давлении СОа 10 атм (пример 5). Условия ведения процесса и полученные результаты приведены в табл. 1.

За одно и то же время электролиза концентрация кислоты, получаемой поданному

0

5

0

5

0

5

0

5

способу в три раза больше, чем по прототипу.

Примеры 6-14. Процесс проводят как и в примере 1 при концентрации роданида калия 1,5 г/л. Результаты ведения процесса приведены в табл.2.

Как видно из табл, 2, с повышением давления С02 выход по току повышается, а напряжение на электролизере уменьшается. С повышением давления растворимость CQ2 возрастает, соответственно увеличивается и константа гидролиза С02. Понижение напряжения обусловлено ростом электропроводности в результате гидролиза С02 и накопления НСОз и ОН ионов. При давлениях выше 23 атм выход по току уменьшается, напряжение на электролизере возрастает. При давлениях выше 23 атм выход по току уменьшается, напряжение на электролизере возрастает. При давлениях выше 23 атм растворенный С02 сохраняется в молекулярной форме, что оказывает сопротивление электрическому току. Кроме того С02 экранирует поверхность электрода, адсор- бируясь в молекулярной форме и тем самым снижает выход основного продукта.

Данный способ по производительности эффективнее известного, что видно из табл. 1. Он позволяет проводить процесс вбезди- афрагменном электролизере, что делает его менее энергоемким. Выход по току возрастает с 65% до 95%.

По данному способу пероксиугольную кислоту получают .непосредственно из С02, без промежуточных продуктов, т.е. проводится прямая утилизация С02.

Формула изобретения

Способ получения пероксиугольной кислоты путем электролиза водного раствора, содержащего в качестве промотирую- щей добавки 0,5-1,5 г/л роданида калия, при непрерывном барботаже через раствор диоксида углерода при плотности анодного тока 0,05-0,5 А/см2, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности процесса и повышения выхода по току, процесс проводят при давлении диоксида углерода 2-23 атм.

Таблица

Табл и ца2

Сущность изобретения: продукт - пе- роксиугольная кислота. Реагент 1 - роданид калия. Реагент 2 - диоксид углерода. Условия реакции: количество роданида калия 0,5-1,5 г/л, плотность анодного тока 0,05- 0,4 А/см2, давление диоксида углерода 2-23 атм. 2 табл.