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在本文中,报道了石墨同时作为阴、阳极的电化学体系中,利用氧气电化学还原现场产生过氧化氢环氧化环己烯合成环氧环己烷的研究,探讨了不同电极表面上环己烯电化学环氧化的机理与不同电极上电解过程中的一些因素对环氧化反应的影响。采用LK98BⅡ微机电化学分析系统,GC—MS,GC7900对反应机理与合成产物进行了定性及定量分析。
1.环己烯环氧化机理的研究用循环伏安法分别测定了玻碳电极,石墨电极,修饰石墨电极上,硫酸钠为支持电解质以及甲醇作为共溶剂时,环己烯电化学环氧化的反应机理。探讨了在不同电极上,甲醇对氧气电还原现场产生过氧化氢电化学环氧化环己烯过程的影响以及烯烃电化学环氧化的机理.结果表明,甲醇的存在能在一定程度上加强氧气的电还原程度,环己烯与环氧环己烷在玻碳电极和石墨电极上只发生吸附,本身不会直接在电极上被氧化或还原,这说明环己烯电化学环氧化合成环氧环己烷是一个间接电合成反应。在修饰石墨电极上的循环伏安曲线表明,在催化剂存在下,环已烯的环氧化反应在本质上仍然是间接电合成过程,修饰层减小了催化剂与过氧化氢间的传质阻力,提高了氧气电还原产生的过氧化氢的利用率。
2.氧气电还原的研究机理研究表明环己烯的电化学环氧化是一个间接电合成过程,即氧气阴极电还原产生过氧化氢,然后过氧化氢与电解液中的环己烯在TS-1的催化下生成环氧环己烷。那么,可以推断,氧气电还原产生过氧化氢最大电流效率的反应条件可以认为是环己烯电化学环氧化生成环氧环己烷的有最大转化率的反应条件的基础。研究了呈酸、碱、中性的电解质溶液体系中氧气的阴极还原,结果表明酸性溶液中氧气电还原产生过氧化氢的电流效率最高,碱性溶液中次之,中性溶液中最低。随着溶液酸、碱性的增强,氧气电还原的程度均呈增强趋势。
3.环己烯环氧化的研究选取氧气电还原产生过氧化氢的条件为环己烯环氧化反应的基本反应条件,摸索石墨片及修饰石墨颗粒作阴极时,电流密度、反应温度、电解质溶液酸碱性质对环己烯环氧化的影响。修饰石墨颗粒电极上环己烯环氧化生成环氧环己烷的转化率比石墨片电极的高,当环氧化反应条件为:cNaOH=1mmol/L、氧气流量0.1L/min、电流密度0.5mA/cm2、反应时间3h、反应温度20℃、修饰层中TS-1％为25％时环己烯环氧化生成环氧环己烷的转化率为2.63％。电解质溶液的酸性或者碱性太强都不利于环氧化产物的生成。