太阳能热电耦合合成苯甲酸

doi:10.7503/cjcu20150648

高等学校化学学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (2): 322.doi: 10.7503/cjcu20150648

太阳能热电耦合合成苯甲酸

朱艳吉, 刘雪琳, 汪怀远(), 王宝辉()

东北石油大学化学化工学院, 石油与天然气化工黑龙江省重点实验室, 大庆 163318

收稿日期:2015-08-14 出版日期:2016-02-10 发布日期:2016-01-13
作者简介:联系人简介: 汪怀远, 男, 博士, 教授, 主要从事新材料方面的研究. E-mail:wanghyjiji@163.com;王宝辉, 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事新能源方面的研究. E-mail:wangbh@nepu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 51175066, 21376049)、国家青年拔尖人才计划项目(批准号: 2013042)、黑龙江省杰出青年科学基金(批准号: JC201403)和黑龙江省自然科学基金(批准号: E2015034)资助

Solar Thermal-electrochemical Synthesis of Benzoic Acid^†

ZHU Yanji, LIU Xuelin, WANG Huaiyuan^*(), WANG Baohui^*()

Provincial Key Laboratory of Oil & Gas Chemical Technology, College of Chemistry & Chemical Engineering, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China

Received:2015-08-14 Online:2016-02-10 Published:2016-01-13
Contact: WANG Huaiyuan,WANG Baohui E-mail:wanghyjiji@163.com;wangbh@nepu.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.51175066, 21376049), the National Young Top Talents Plan of China(No.2013042), the Science Foundation for Distinguished Young Scholars of Heilongjiang Province, China(No.JC201403) and the Natural Science Foundation of Heilongjiang Province, China(No.E2015034)

摘要/Abstract

摘要：

通过恒电位电解甲苯实现了苯甲酸的太阳能热电耦合合成, 考察了电极材料、反应温度及电解电压对苯甲酸合成的影响. 采用气相色谱、红外光谱和紫外光谱对电解产物进行分析检测, 证实了太阳能热电氧化甲苯的主要产物为苯甲酸. 实验结果表明, 以石墨作为阳极材料, 反应温度为90 ℃, 电解电压为2.0 V时, 氧化甲苯合成苯甲酸的产率可达51.6%.

关键词: 太阳能, 热电耦合, 电化学, 苯甲酸

Abstract:

Through solar thermal-electrochemical process(STEP) benzoic acid was synthesized by toluene oxidation. The synthesis of benzoic acid was totally driven by solar energy. Direct electro-oxidation behaviors of toluene were studied by cyclic voltammetry(CV) under constant electrolysis potential with three different anodes(platinum, nickel and graphite) in sulfuric acid and sodium dodecyl benzene sulfonate(SDBS). Results showed that the main product of toluene electro-oxidation in the sulfuric acid and surfactant SDBS was benzoic acid, which was detected by gas chromatography(GC), Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR) and UV spectrophotometry(UV). The yield of benzoic acid could reach up to 51.6% from toluene by using graphite as anode in the sulfuric acid and surfactant system at 90 ℃ with STEP mode. A new green way of STEP for benzoic acid synthesis was provided.

Key words: Solar energy, Synergistic of thermal and electricity, Electrochemistry, Benzoic acid

中图分类号:

O646

TrendMD:

朱艳吉, 刘雪琳, 汪怀远, 王宝辉. 太阳能热电耦合合成苯甲酸. 高等学校化学学报, 2016, 37(2): 322.

ZHU Yanji, LIU Xuelin, WANG Huaiyuan, WANG Baohui. Solar Thermal-electrochemical Synthesis of Benzoic Acid^†. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(2): 322.

图/表 8

Fig.1 Schematic diagram of benzoic acid synthesis with STEP mode

Table 1 and ET in reaction (3) at different temperatures

T/K	C_p,m/(kJ·mol^-1·K^-1)			Hydrogen	/(kJ·mol^-1)	/(kJ·mol^-1)	E_T/V
T/K	Toluene			Hydrogen	/(kJ·mol^-1)	Benzoic acid	Water
298	166	146.8	75.36	28.83	174.46	115.54	0.1988
303	166	146.8	75.25	28.92	173.21	117.56	0.1978
333	166	146.8	75.33	29.00	171.96	108.61	0.1876
363	166	146.8	75.56	29.06	170.72	102.68	0.1773

Fig.2 CV curves of the electrolyte solution(0.05 mol/L+0.001 mol/L SDBS)(A) and 2000 mL/m3 toluene+electrolyte solution(B)(the scan rate is 10 mV/s)

Fig.3 CV curves of 2000 mL/m3 toluene in 0.05 mol/L H2SO4+0.001 mol/L SDBS on 1.0 cm2 Pt with the scan rate of 10(a), 20(b), 30(c), 40(d) and 50 mV/s(e)

Fig.4 Yield of benzoic acid from toluene with graphite(a), nickel(b) and platinum(c) as anode(electrolysis potential 2.0 V)

Fig.5 Yield of benzoic acid(a—c) and inter-mediates(a'—c') at the graphite anode under different electrolysis potentials at 30 ℃(a, a'), 60 ℃(b, b') and 90 ℃(c, c')

Fig.6 FTIR spectrum of the product

Fig.7 Possible reaction mechanism of toluene to benzoic acid

参考文献 20

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