[发明专利]一种用于电解硝基苯合成对氨基苯酚的电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种用于电解硝基苯合成对氨基苯酚的电极材料及其制备方法和应用。所述电极材料为铜丝笼中装填铜金属颗粒与疏水颗粒的复合材料，所述疏水颗粒为表面覆盖有铌(Nb)和铜(Cu)掺杂二氧化钛(TiO₂)薄膜的铜金属颗粒。将该电极材料用于电解硝基苯合成对氨基苯酚的阴极，并在阴极液中添加十聚甘油十硬脂酸酯和十二烷基二甲基甜菜碱复配表面活性剂，能够有效解决传统合成工艺中产品、原料及中间体在水中溶解度低、扩散慢、中间体苯胲过度还原导致反应选择性低的问题，还具有工艺简单、能耗低的优点，适用于广泛的工业化应用。

技术领域

本发明涉及一种电化学合成方法，尤其涉及一种用于电解硝基苯合成对氨基苯酚的电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

对氨基苯酚(p-aminophenol，简称为PAP)是一种重要的化工原料及有机合成中间体，广泛应于医药、染料、橡胶、照相等工业领域中。目前国内的生产对氨基苯酚大多采用铁粉还原法，以对硝基氯苯为原料，加碱加压水解生成对硝基苯酚钠盐，后采用无机酸酸化得到对硝基苯酚，然后用铁粉还原对硝基苯酚制取对氨基苯酚。该方法除存在原料成本高、生产流程长、产品含铁量高等缺点外，生产过程中还排出大量铁含量污泥和难治理的含芳胺的废水造成了严重的环境污染，因此亟需提出一种绿色、经济的合成对氨基苯酚的路线。

硝基苯(NB)电化学还原制备对氨基苯酚的方法最早由Gattermann于1893年提出，其反应机理为：

与传统工艺相比，电化学还原法具有原料成本低、生产过程短、产品纯度高及三废污染少等优点。但由于硝基苯在水溶液中的溶解度很低，从而使得传质过程成为影响电化学还原反应速率的关键因素。由于硝基苯在电极表面与溶液内部传质速率较低，致使在电解过程中易造成中间体苯胲过度还原，进而形成副产物苯胺，降低反应选择性。

CN1101951提供了一种由脉冲电源、阴极转动分隔式电解槽、阳极液容器兼气液分离器等组成的对氨基苯酚的生产方法及设备。该技术核心是采用阴极旋转的形式加强原料硝基苯在电极表面与溶液内部的传质。文献“硝基苯电还原制备对氨基苯酚工艺过程.化工学报,2013(02):657-662”公开的如下技术方案：采用铜网组成的固定床电极作为阴极，增大电解反应面积，可以有效提高反应速率。但上述方案仅为从宏观尺度增强硝基苯的传质，虽然有一定效果，但无法从根本上解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于电解硝基苯合成对氨基苯酚的电极材料，通过在铜丝笼中填充部分自制超疏水颗粒制备得到。

将本发明电极材料用于电解硝基苯合成对氨基苯酚的阴极，并引入复配表面活性剂，能够有效解决传统合成工艺中产品、原料及中间体在水中溶解度低、扩散慢、中间体苯胲过度还原导致反应选择性低的问题。

为解决以上技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种用于电解硝基苯合成对氨基苯酚的电极材料，所述电极材料为铜丝笼中装填铜金属颗粒与疏水颗粒的复合材料，所述疏水颗粒为表面覆盖有铌(Nb)和铜(Cu)掺杂二氧化钛(TiO₂)薄膜的铜金属颗粒。

进一步地，本发明电极材料中，所述铜金属颗粒与疏水颗粒的数量比为1：0.5～1.5例如1：0.6、1：0.7、1：0.8、1：0.9、1：1.0、1：1.1、1：1.2、1：1.3、1：1.4，优选1：0.8～1.2。

优选地，所述铜金属颗粒粒径为0.1～1mm例如0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm，优选0.2～0.4mm；