丁二酸在TiTiO2 膜电极上的电化学合成.pdf

V01．31 高等学校化学学报 No．10 2010年lO月 CHEMICALJOURNAL0FCHINESEUNIVERSnlES 2046—2051 丁二酸在Ti／Ti02膜电极上的 电化学合成 马淳安，朱秀山，赵峰呜 (浙江工业大学绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地，杭州310014) 摘要在包含原料马来酸的硫酸溶液中，通过原位阳极氧化法制备了T∥TiO：膜电极，然后采用极性转换技 术在原溶液中电化学合成丁二酸．采用xPs，xRD和sEM分析了膜电极上的元素组成、价态分布和氧化膜 的晶相结构及表面形貌．结果表明，阳极氧化膜层内只含有Ti和0两种元素，且Ti均为Ti“；Ti0：氧化膜 是金红石相，表观呈现带孔的条纹形貌．通过循环伏安、恒电位阶跃和恒电流电解技术研究了T∥TiO：原位 氧化膜电极的电化学性质，结果表明，该膜电极对马来酸电还原合成丁二酸具有较好的电催化活性．以钛基 氧化钌电极(DSA)为阳极，T∥TiO：原位氧化膜电极为阴极进行恒电流电解实验．结果表明，丁二酸的还原 产率为95．94％，电流效率为95．57％，产物纯度为99．28％，熔点为185～187℃． 关键词 电化学合成；阳极氧化法；T∥Ti02膜电极；丁二酸 中图分类号0646 文献标识码A 文章编号0251聊90(2010)lO．2046JD6 丁二酸(succinicAcid，sA)俗名琥珀酸，是一种重要的有机化工原料及中间体，广泛应用于医药、 农药、食品、橡胶、染料、感光材料和合成塑料等行业¨J．以丁二酸为原料经缩聚反应合成的聚丁二酸 丁二醇酯(PBS)是一种生物可降解塑料，可用于包装、餐具、一次性医疗用品、农用薄膜、生物医用高 分子材料、农药及化肥缓释材料等口J．PBs由于力学性能稳定，价格合理，并且能在自然条件下自行 降解，具有广阔的需求前景．丁二酸的制备方法有化学法、电化学法和生物转化法等．电化学方法由 于具有设备投资少、反应条件温和、反应副产物少、产品纯度高及母液可循环利用等优点旧J，已成为 目前合成丁二酸的主要方法．电化学方法使用的阴极材料有铅电极、旋转铅电极、石墨电极、水银电 极、单晶锌电极、铂电极、铜电极、铜的螯合物电极及不锈钢电极等HqJ，近年来，钛电极、钛／陶瓷二 氧化钛电极、钛／二氧化钛纳米孔电极和钛／二氧化钛等膜阴极材料p一划也成为研究热点． T∥TiO：电极对马来酸的电催化还原行为具有较高的活性，T∥TiO：电极大都采用溶胶-凝胶法制 备¨4’15J，方法繁琐，制备周期长，性能不稳定，使得这种方法难以实现工业化；而在包含原料马来酸 的硫酸溶液中采用原位阳极氧化法制备T∥TiO：膜电极，然后在原溶液中直接电化学合成丁二酸的方 法尚未见报道，该方法制备周期短，电极催化活性高，易于控制，且能在原溶液中直接进行电解合成， 使其具有工业化应用的潜力． 本文首先采用原位阳极氧化法¨刮在包含原料马来酸的硫酸溶液中制备了T∥TiO：膜电极，然后以 制得的T∥TiO：膜电极为阴极进行恒电流电解合成丁二酸，并进行母液循环实验，考察了T∥TiO：膜电 极对马来酸电还原合成丁二酸的电催化性能． 1 实验部分 1．1试剂与仪器 纯钛(纯度99．5％)． 收稿日期：2009．12私． 基金项目：国家自然科学基金(批准号资助． 联系人简介：马淳安，男，博士。教授，博士生导师，主要从事有机电化学合成研究．E·叫Iil：∞iam@zjut．edu．∞ 万方数据 No．10 马淳安等：丁二酸在ⅣTi0：膜电极上的电化学合成 2047 Axisul仃a ARL 海辰华仪器有限公司)；XPs(1㈣os DLD)；XRD(ne珊o chis2 Nicolet 4700Ⅱ)；傅里叶变换显微红外光谱仪(，Ille咖oNexus6700)；熔点测试仪(BtlcHIMelting