雙氧水生產(chǎn)技術(shù)與應(yīng)用研究

摘 要：雙氧水是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的化學(xué)品，隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴張，市場消費額也逐年增加。與發(fā)達國家相比，我國在雙氧水生產(chǎn)技術(shù)上還存在較大的差距，未來必須從降低成本、提高收率，降低能耗等方面出發(fā)，開發(fā)先進的雙氧水生產(chǎn)技術(shù)。本文通過查閱文獻資料，結(jié)合自身工作實踐，總結(jié)了雙氧水常用的幾類生產(chǎn)技術(shù)，并從實際情況出發(fā)，分析了雙氧水在環(huán)保、醫(yī)藥、食品、造紙、紡織、電子等領(lǐng)域的應(yīng)用，旨在為雙氧水生產(chǎn)及應(yīng)用開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：雙氧水;生產(chǎn)技術(shù);應(yīng)用

雙氧水，又稱過氧化氫溶液，是一類應(yīng)用廣泛的無機化學(xué)品，主要應(yīng)用于環(huán)保、醫(yī)藥、食品、造紙、紡織、電子等領(lǐng)域[1]。雙氧水在常溫下容易發(fā)生降解反應(yīng)，特別是遇到高溫或者紫外線照射時，降解速度加快，在重金屬離子或灰塵顆粒存在的條件下也會發(fā)生劇烈反應(yīng)，甚至爆炸[2]。雙氧水的氧化活性較高，在堿性環(huán)境下容易破壞色素分子中的雙鍵或三鍵共軛體系，用作紙張、紡織品的除色劑[3]?，F(xiàn)階段我國市場上銷售的雙氧水主要有電子級、工業(yè)級以及醫(yī)藥級、試劑級等幾個級別，濃度也有27.5%、35%、50%、70%等多種規(guī)格。雙氧水生產(chǎn)工藝技術(shù)主要有蒽醌法、電解法、氫氧直接合成法、氧陰極還原法、燃料電池法以及醇類酶催化氧化法等，但各個生產(chǎn)技術(shù)都有自身的優(yōu)點和缺點[4]。

1.雙氧水生產(chǎn)技術(shù)分析

雙氧水生產(chǎn)工藝技術(shù)主要有蒽醌法、電解法、氫氧直接合成法、氧陰極還原法、燃料電池法以及醇類酶催化氧化法等[5]。

1.1 蒽醌法

蒽醌法是雙氧水生產(chǎn)中較為成熟的一項技術(shù)，其制備原理是以蒽醌烷為原料，將其溶解在合適的有機溶劑中，加入適量的催化劑，使蒽醌烷發(fā)生氫化反應(yīng)，釋生成氫蒽醌，在空氣作用下生成雙氧水，同時將氫蒽醌還原成蒽醌烷。在實際生產(chǎn)過程中，可以向有機溶劑中加入水，將雙氧水萃取出來，再通過不同的精制和濃縮方法，得到不同濃度和密度大小的雙氧水溶液。蒽醌法生產(chǎn)雙氧水的過程中，催化劑種類也是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，常用催化劑主要包括鈀催化劑和鎳催化劑兩大類。其中，由于鈀催化劑在該反應(yīng)中對氫化過程有較強的選擇性，且催化活性較高，可以大大提高雙氧水的產(chǎn)量，是當(dāng)前雙氧水工業(yè)化生產(chǎn)用的最多的催化劑。

1.2 氫氧直接合成法

氫氧直接合成法是雙氧水生產(chǎn)技術(shù)中應(yīng)用時間最長的技術(shù)，在0-25℃溫度范圍內(nèi)，2.9-17.3MPa壓力下，以不含有任何有機容易的水作為反應(yīng)溶液，在活性炭的催化作用下生產(chǎn)雙氧水，該技術(shù)過氧化氫的產(chǎn)量約為15%。由于氫氧直接合成法工藝簡單，不需要任何有機溶劑，生產(chǎn)成本較低，在雙氧水生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1.3 電解法

電解法也是雙氧水生產(chǎn)中應(yīng)用最早的方法。根據(jù)反應(yīng)原料的差異，可以將電解法分為過硫酸鉀法、過硫酸法以及過硫酸銨法，其中應(yīng)用最多的方法是過硫酸銨法。電解法生產(chǎn)雙氧水的過程是，首先將過硫酸銨溶液進行提純，配制成所需濃度的溶液后加入到電解槽中，溶液先流經(jīng)陰極室，再從陽極室中流出，再進行減壓水解蒸餾，收集蒸餾液體后進行濃縮純化，即可得到不同濃度的雙氧水溶液。電解液中回收的殘留溶液可以經(jīng)過進一步提純濃縮后重新返回電解槽中循環(huán)使用。

1.4氧陰極還原法

氧陰極還原法是在低壓空氣條件下，利用氧氣在陰極電解還原反應(yīng)生成雙氧水的方法，其原料主要是水和空氣。氧陰極還原法生產(chǎn)雙氧水技術(shù)的關(guān)鍵點在于水溶液中氧氣的濃度。標準大氣壓下，氧氣很難在水中溶解，水中可以溶解氧氣的比例約為3%。因此，制備性能優(yōu)良的氣體擴散電極，延長電極的使用壽命是氧陰極還原法生產(chǎn)雙氧水技術(shù)的主攻方向。現(xiàn)階段，研究人員主要以活性炭、碳黑以及石墨顆粒作為陽極材料，但效果差強人意。目前使用最多的陽極材料為低密度碳一碳復(fù)合材料，雙氧水的生產(chǎn)效率較高。此外，開發(fā)可以連續(xù)進行電解的電解槽以及合適的雙氧水提純濃縮技術(shù)也是氧陰極還原法急需要解決的關(guān)鍵問題。

1.5 燃料電池法

燃料電池法的優(yōu)勢在于生產(chǎn)過程中不消耗任何電能，節(jié)約能源;在固體聚合物電解質(zhì)膜的分隔作用下將氧氣和氫氣分離開，形成陰陽兩個電極室，以免氫氣發(fā)生爆炸。Yamaoaka和Otsuka利用Nafion117型離子膜，與氫組成電池陽極，選用五種材料與飽和氯化氫溶液接觸后作為電池的陰極，調(diào)節(jié)陽極方向溶液pH值為1.1，在室溫條件下，用導(dǎo)線將電池陰陽兩極聯(lián)通，即可產(chǎn)生電流，陰極生成的雙氧水可以積累在陰極液中。

1.6 醇類酶催化氧化法

酶催化反應(yīng)技術(shù)是用由低級醇類氧化法制備雙氧水的方法，這是雙氧水生產(chǎn)中的最新工藝，充分融合了化工生產(chǎn)技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)。低級醇類酶制備雙氧水過程為向反應(yīng)體系中加入水、烷醇（烷烯醇）以及甲醇氧化酶，使反應(yīng)物在高壓作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，在生物發(fā)酵劑的作用下將醇類物質(zhì)轉(zhuǎn)化成雙氧水和醛類物質(zhì)。反應(yīng)過程中加入的生物發(fā)酵酶多數(shù)是從漢遜酵母中分離出來的，極易失去催化活性，延長生物發(fā)酵酶的使用壽命是該技術(shù)面臨的主要問題。

2.雙氧水的應(yīng)用分析

現(xiàn)階段，雙氧水主要應(yīng)用于醫(yī)藥工程、食品工程、造紙工業(yè)以及紡織制造、電子工業(yè)等領(lǐng)域。具體應(yīng)用情況如下。

在紡織制造方面，雙氧水主要用做漂白劑，例如床單、毛巾等漂白;在造紙工業(yè)中主要用于廢紙脫墨;在環(huán)境保護領(lǐng)域，雙氧水作為應(yīng)用較為廣泛的化學(xué)試劑，其自身不會對環(huán)境造成污染，還可以在廢水處理方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。使用雙氧水進行廢水處理的領(lǐng)域主要是去味、除毒以及脫色等。雙氧水在污染氣體處理方面也有良好的應(yīng)用效果，可以用于處理被有機物污染的土壤、地下水，在改善環(huán)境，保護生態(tài)平衡方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用;在醫(yī)藥工程及食品工業(yè)領(lǐng)域，雙氧水主要用于包裝材料消毒、面包發(fā)酵脫色、乳制品發(fā)酵以及食品纖維脫色等領(lǐng)域。將雙氧水濃度調(diào)整至3%以下，還可以用于醫(yī)藥產(chǎn)品消毒殺菌;在電子工業(yè)領(lǐng)域，雙氧水和其它溶劑配制成清洗劑和抗腐蝕溶液，主要用于清洗儀器儀表和電鍍加工等;在化工領(lǐng)域，雙氧水的應(yīng)用范圍最為廣泛，包括制備環(huán)氧化合物、過氧化合物以及過氧酸鹽，作為催化劑等。

3.結(jié)語

綜合以上觀點來看，蒽醌法生產(chǎn)雙氧水是當(dāng)前最為成熟的一項技術(shù)，氫氧直接合成法成本低廉、操作步驟簡單，但氫氣和氧氣混合有較大的爆炸風(fēng)險，限制了該技術(shù)的應(yīng)用。燃料電池法和醇類生物酶催化氧化技術(shù)具有反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點，但受到科技發(fā)展水平的限制，該技術(shù)目前還處于小試研究開發(fā)階段，在生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用指日可待。電解法生產(chǎn)成本較高，且能源消耗量較大，但生產(chǎn)的雙氧水產(chǎn)品純度高，也具有較高的應(yīng)用價值。在不同的行業(yè)領(lǐng)域，雙氧水也發(fā)揮著不同的價值。與發(fā)達國家相比，我國在雙氧水生產(chǎn)技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域還存在較大的差距，未來在雙氧水是生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)上，應(yīng)該注重節(jié)能環(huán)保、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量以及操作技術(shù)的安全性等。

參考文獻：

[1]范新宇， 文飛. 雙氧水生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用[J]. 化工管理， 2017（27）：3-5.

[2]景文珩， 汪朝暉， 徐南平， et al. 吸附-陶瓷膜集成技術(shù)在高純過氧化氫生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[J]. 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2000， 22（02）：28-33.

[3]寇志豪， 朱愛萍， 蘇廣文， et al. 四丁基脲在蒽醌法制備過氧化氫工藝中的應(yīng)用研究[J]. 化學(xué)推進劑與高分子材料， 2005（5）：21-25.

[4]陳文， 楊勝慰. 雙氧水冷軋堆工藝的要素及應(yīng)用探討[J]. 印染， 1992（6）：17-20.

[5]郭文亮. 非硅過氧化氫漂白穩(wěn)定劑的開發(fā)與應(yīng)用研究[D].? 2015.

作者簡介：

王小軍，1987年5月出生，男，漢族，籍貫湖南郴州，目前就業(yè)在中石化長嶺分公司化工部，工程師職稱，2010年畢業(yè)于湖南大學(xué) 化工院 ;目前從事蒽醌法雙氧水的生產(chǎn)和工藝管理。