[发明专利]一种电催化还原对苯醌生产对苯二酚的方法

说明书

技术领域

本发明涉及以对苯醌为原料来制备对苯二酚的方法。

背景技术

对苯二酚［C₆H₄(OH)₂］又名氢醌（HQ），是一种常用化工原料，在医药、农药、染料和橡胶，乃至在化肥、水处理、液晶聚合物等领域均有广泛应用。制备对苯二酚的方法有很多种，苯胺氧化法是我国工业生产对苯二酚的主要方法，该方法的化学反应过程主要分两步。第一步是将苯胺置于硫酸介质中，用二氧化锰或重铬酸钠作为氧化剂来将其氧化成对苯醌（C₆H₄O₂）；第二步是将对苯醌置于酸性溶液中，用铁粉（不少工厂采用铸铁粉）作为还原剂来将对苯醌还原，得到含对苯二酚的混合液。最后，再经固液分离、浓缩滤液、除杂、冷却结晶等常规物理过程而得到产品——对苯二酚。该现有技术具有工艺成熟、反应容易控制和产品纯度较高等优点。然而，以苯胺氧化法制备对苯二酚的生产工艺还不尽如人意，主要是在生产过程中存在如下两个问题：一是对苯二酚的产率不高，这当然是首先要提高（中间产物）对苯醌的产率，然后才可能提高对苯二酚的产率。目前，提高对苯醌产率的问题解决的相对较好，所以，人们又把重点放在了（相对苯胺氧化法而言的）第二步，即还原反应过程中如何提高对苯醌的利用率，以提高对苯二酚的产率方面。二是原料消耗高、产生大量的锰渣、铁泥等，环境污染严重。所以，改进的重点也是（相对苯胺氧化法而言的）第二步，即如何提高铁粉利用率，减少铁泥的产生，降低环境污染。例如，实践中，就有工厂将已用铸铁粉还原后所得到的混合液，在作过初步的除杂和浓缩处理之后，再用锌粉作还原剂来对剩下的对苯醌作第二次还原。该方法取得提高对苯二酚产率的效果，然而，这却是以增加工序和另一种还原剂为代价的；并且，在用铸铁粉进行第一次还原的过程中，其铸铁粉的用量就已经相当高了，有的工厂的铸铁粉用量高达理论用量的8倍。又比如，湘潭大学提出了在该步骤中加入硫酸亚铁，并在反应前加入一定量氢醌的改进方法{韩安斌，林原斌，刘淑平.苯胺法制对苯二酚的改进[J].化学世界，1986(10)：442-444}。该方法加入硫酸亚铁的目的和作用是，用其在溶液中的Fe^2＋作为引发剂；在反应前加入氢醌的目的和作用是，让它像是“很快生成”的氢醌，以阻止对苯醌的挥发。该方法的对苯二酚产率（同时也体现为对苯醌的利用率）的确有明显提高。然后，用文献记载的生产1吨对苯二酚的单耗（苯胺0.92吨，硫酸5.08吨，锰粉4.6吨，铁粉1.2吨），对照理论用量（苯胺0.92吨，硫酸2.46吨，锰粉2.86吨，铁粉0.44吨）所计算结果来看，其铁粉的用量是理论用量的2.7倍（并不是该文献中所说的2.5倍，而且，将该文献中所用的“工业铁屑”以其含Fe量换算成用铸铁粉的话，这铸铁粉的用量将更多）。也就是说，该现有技术不但存在铁粉的利用率仍然较低的不足，而且不可避免的铁泥的生成量减少得不多。

发明内容

本发明的目的是提供一种还原剂的用量少、工序简单，且能降低环境污染的电催化还原对苯醌生产对苯二酚的方法。

为实现所述目的，提供这样一种电催化还原对苯醌生产对苯二酚的方法，与现有技术相同的方面是，它是以对苯醌为原料，用铁粉为还原剂，在酸性溶液中进行还原反应以生产对苯二酚的方法，该方法所用铁粉是铸铁粉。其改进之处是，本发明在还原反应过程中，增加了电催化的辅助手段。该方法具体有如下步骤：

（1）在室温状态下，向装有铸铁粉的反应器内加水搅拌，得混合液；然后升温到95℃；

（2）用温度为50～70℃的热水将对苯醌完全溶解；然后将所得溶液加入步骤（1）所得的混合液中充分混合；

其中，铸铁粉与对苯醌的摩尔比为1.0～2.0；

（3）将亚硫酸加入步骤（2）所得混合液中充分混合，得反应液；然后在保持温度为95℃的条件下，给反应液通电以进行电催化作用下的还原反应；

其中，铸铁粉与亚硫酸的摩尔比为1∶0.25～1，亚硫酸相对于反应液的浓度为0.03～0.12 mol/L；电催化时的电压为4.0V，反应时间以还原反应不能再进行下去为度；

（4）在步骤（3）的还原反应结束后，再经固液分离、除杂得含对苯二酚的滤液。