CC BY
29УДК 544.653.1:547
Электрохимическое окисление глюкозы на оксидно-рутениево-титановом
аноде
М.А. Гусейнов, Ж.Н. Акимова, З.М. Алиев
В последние годы большое распространение получили электрохимические методы получения глюконовой кислоты и глюконатов щелочных металлов, которые широко используются в фармацевтической промышленности, металлургии, производстве строительных материалов и моющих средств, гальванотехнике, в качестве ингибиторов коррозии.
Поиск более экологичных и экономичных методов окисления органических веществ, в том числе глюкозы, с учетом низкой отходности и высокой селективности синтеза приобретает в настоящее время особую актуальность.
В данной работе исследовалась возможность использования более дешевого по сравнению с платиной оксидно-рутениево-титанового анода (ОРТА) для окисления глюкозы.
Экспериментальные опыты проводились в двухкамерном электролизере с ка-тионитовой мембраной и в автоклаве при избыточном давлении кислорода. В электролизере в качестве катода использовали графитовый стержень. В катодное пространство приливали 0,1 М раствор гидроксида натрия, а в анодное - раствор, состоящий из 0,1 М раствора глюкозы, 0,02 М раствора бромида натрия и 0,1 М раствора карбоната натрия.
На рис. 1 приведены данные зависимости выхода глюконовой кислоты по току от плотности тока и продолжительности электролиза.
Рис. 1. Зависимость выхода глюконовой кислоты от плотности тока
Из полученных результатов видно, что наибольший выход (60,2 %) глюконовой кислоты достигается при плотностях тока в интервале 0,01 - 0,013 А/см2 и продолжительности процесса в течение 240 мин. Напряжение на электролизере -7 - 9 В.
Проводились также исследования возможности окисления глюкозы под давлением кислорода с использованием ОРТА. В работе был применен лабораторный автоклав, рассчитанный на давление до 20 МПа. Давление в автоклаве регулировалось системой вентилей, редуктором и манометром. Эксперименты проводили с
тем же составом электролита, что и в мембранном электролизере, при различных значениях давления и продолжительности процесса, плотности тока 0,013 А/см2. При электролизе без мембраны в автоклаве глюкоза окисляется до глюконата натрия, что подтверждается проведенным анализом. Для определения степени окисления глюкозы полученный глюконат натрия пропускали через Н-катионит и проводили количественный анализ на выход продукта. Полученные результаты приведены на рис. 2 и в табл. 1.
Таблица 1. Зависимость выхода глюконовой кислоты от продолжительности процесса под давлением кислорода 0,6 МПа
t, мин 30 60 120 180 240
ВТ, % 24, 2 35, 5 60, 0 67, 1 74, 3
100-NO-
4HJ 3«
й> 12D 130 241!
Г. М LI IЕ
Рис. 2. Зависимость выхода глюконовой кислоты от времени электролиза в растворе состава [0,1 M С6Н12О6 + 0,02 М NaBr + 0,1 M Na2CO3], насыщенном кислородом под давлением, МПа: 1 - 0,2; 2 - 0,4; 3 - 0,6
Таким образом, из полученных данных видно, что наибольший выход глюконовой кислоты (74,3 %) с использованием более дешевого ОРТА возможен при давлении кислорода 0,6 МПа, плотности тока - 0,013 А/см2 и продолжительности процесса - 240 мин. При более высоких давлениях происходит деструктивное окисление глюкозы и образуется большое количество побочных продуктов.
Литература
1. Хазова О.А., Николаев Н.Н., Васильева Ю.Б. Электрохимическое окисление глюкозы // Итоги науки и техники. Электрохимия: Сб. ст. - М.: ВИНИТИ, 1990.
2. Николаев Н.Н., Хазова О.А. Влияние природы электрода на электроокисление глюкозы // Электрохимия. 1982. Т. 19. - С. 1120 - 1122.
3. Авруцкая И.А., Фиошин М.Я. Исследование процесса электрохимического окисления глюкозы // Журнал прикладной химии. 1969. Т. 42. - С. 2291 - 2301.
4. Сардарова Г.М. Закономерности электрохимического окисления глюкозы в водных растворах, насыщенных кислородом под давлением: Дис. ... к. х. н. - Махачкала, 2005. - 109 с.
