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随着世界人口数量的增加和农药工业的发展,低毒、低残留、高生物活性和高选择性成为我国未来农药工业的发展方向。3,6-二氯吡啶甲酸(3,6-DCP)作为一种高效低毒的绿色农药,国内外需求量逐渐增加,具有较大的市场发展潜力。与传统化学合成技术相比,直接电化学还原合成技术具有目标产物收率高、成本低、无污染等优点,成为各国竞相研究的热点。本文以3,4,5,6-四氯吡啶甲酸(3,4,5,6-TCP)为原料,主要进行直接电还原合成3,6-DCP过程的反应液分析、阴极材料的电催化性能研究和选择、工艺条件优化等基础研究。
直接电还原合成3,6-DCP过程的反应液为3,6-DCP、中间产物3,5,6-TCP、未反应的3,4,5,6-TCP及副产物3,5,6-三氯-4-羟基吡啶-2-甲酸等多种物质及氢氧化钠的水溶液,其全分析尚未见报道。本文将采用高效液相色谱法,建立了可同时对合成反应液中3,6-DCP、3,4,5,6-TCP等物质进行定量分析的新方法。
阴极是电合成3,6-DCP过程的催化剂,又是电化学反应的场所,针对3,4,5,6-TCP直接电还原合成3,6-DCP体系的特点,采用电化学氧化还原法对光亮银电极进行处理,得到活性银电极。采用循环伏安手段,系统研究了3,4,5,6-TCP在Cu、光亮银电极、活性银电极3种阴极上的电还原行为,表明活性银电极对3,4,5,6-TCP有较高的电催化活性,是一种较好的电解3,4,5,6-TCP合成3,6-DCP的阴极。
采用槽式电解槽,Monel合金阳极,以上一章得到的活性银为阴极,在3,4,5,6-TCP质量分数为1%和极间距8mm的条件下,运用单因素实验优化得到3,4,5,6-TCP直接电还原合成3,6-DCP的较佳工艺条件为:通电量为理论电量的3倍;电流密度为550A/m2;温度为40℃;氢氧化钠质量分数为6%。在该工艺条件下,3,6-DCP收率稳定81%以上,电流效率30%以上。
在槽式电解槽实验结果基础上,采用无隔膜板框式电化学反应器,Monel合金阳极,粗糙化银阴极,在极间距6mm的条件下,运用较详细的单因素实验得到3,4,5,6-TCP直接电还原合成3,6-DCP的最佳工艺条件为:3,4,5,6-TCP质量分数为4%;通电量为理论电量的2倍;电流密度为550A/m2;氢氧化钠质量分数为5%;电解温度为40℃。在该工艺条件下的4次重复实验结果表明,3,6-DCP收率91%以上,电流效率45%以上,为直接电还原合成3,6-DCP过程进一步研究和工业化提供了基础数据。