電催化合成重鉻酸鉀過程基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著社會進步和科技發(fā)展，重鉻酸鉀作為重要的無機化工產(chǎn)品，國內(nèi)外需求逐年遞增，合成新方法研究相當活躍。有“綠色技術(shù)”之稱的電催化合成法具有產(chǎn)品質(zhì)量好、工藝流程短、產(chǎn)物選擇性高、污染小甚至無污染、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點，成為國內(nèi)外研究的熱點。作為國家自然科學(xué)基金項目(20676136)和國家863項目(2005AA647010)的一部分，本文以鉻酸鉀為原料，進行電化學(xué)合成重鉻酸鉀工藝條件優(yōu)化、宏觀動力學(xué)、工作電壓變化規(guī)律等基礎(chǔ)研究，具有重要理論

2、意義和工程應(yīng)用前景。 使用自制鈦/不銹鋼兩室電化學(xué)合成反應(yīng)器，Ti/TiO<,2>-RuO<,2>-IrO<,2>多元金屬氧化物復(fù)合陽極，多孔質(zhì)不銹鋼陰極，Aciplex -F4602系列全氟磺酸/羧酸增強復(fù)合陽離子交換膜，在極間距小于1mm條件下，以電流效率、轉(zhuǎn)化率和直流電耗為優(yōu)化目標，電流密度、反應(yīng)溫度、陽極液K<,2>CrO<,4>初始濃度、陰極液：KOH初始濃度、反應(yīng)時間作為影響因素設(shè)計實驗。通過正交實驗結(jié)果分析和顯著性

3、檢驗，確定了電合成重鉻酸鉀的較優(yōu)工藝條件，在該工藝條件下的3次重復(fù)實驗，平均電流效率93.68﹪，平均轉(zhuǎn)化率96.58﹪，平均直流電耗595 kWh·t<'-1>。 根據(jù)K<,2>CrO<,4>電催化合成K<,2>CrO<,4>原理，指出該反應(yīng)是一個復(fù)雜的不可逆變?nèi)莘蔷喾磻?yīng)。從工程應(yīng)用角度，將眾多基元過程及其交互作用、協(xié)同效應(yīng)納入整個電化學(xué)合成過程，實驗測得不同溫度、不同初始鉻酸鉀濃度、不同反應(yīng)時間宏觀動力學(xué)數(shù)據(jù)，建立了宏觀動

4、力學(xué)模型，確定了反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)。該反應(yīng)表現(xiàn)為擬零級反應(yīng)動力學(xué)特征。宏觀反應(yīng)速率常數(shù)與反應(yīng)溫度的關(guān)系符合Arrhenius方程。表觀活化能為7.83kJ·mol<'-1>。 根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)過程中工作電壓隨反應(yīng)時間變化的內(nèi)在電化學(xué)反應(yīng)原理，指出可用宏觀測得的工作電壓隨反應(yīng)時間的變化來定量表征電化學(xué)合成反應(yīng)進程。實驗測得不同溫度、不同陽極液初始濃度下重鉻酸鉀電合成過程中不同反應(yīng)時間下的工作電壓，建立了工作電壓隨反應(yīng)時間變化的數(shù)學(xué)模型和