試析電子級過氧化氫的制備

周凡

摘 要：本文重點(diǎn)分析國內(nèi)外10年時(shí)間內(nèi)電子級過氧化氫的制備方法，對各種方法的優(yōu)劣勢展開詳細(xì)闡述和說明，最后結(jié)合現(xiàn)今發(fā)展趨勢，對未來發(fā)展方向展開預(yù)測分析，希望對我國電子領(lǐng)域的拓展有所幫助。

關(guān)鍵詞：電子級過氧化氫;制備方法;未來發(fā)展

電子化工產(chǎn)業(yè)是隨著我國技術(shù)不斷完善發(fā)展起來的，雖然在我國的發(fā)展時(shí)間較短，但起到的作用卻是非常巨大的。電子級過氧化氫是產(chǎn)業(yè)發(fā)展中應(yīng)用最為廣泛的材料，制備質(zhì)量關(guān)乎產(chǎn)品性能，所以加強(qiáng)對電子級過氧化氫制備方法的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 電子級過氧化氫

電子級過氧化氫屬于一種交換樹脂，抗氧化性較強(qiáng)，是目前電子化工生產(chǎn)中的主要材料。電子級過氧化氫是由過氧化氫為主要材料，以三塔連續(xù)樹脂吸附工藝生成的電子級過氧化氫材料，操作簡單、生產(chǎn)環(huán)境安全、無污染，成本低廉，且產(chǎn)品登記符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求，對于行業(yè)發(fā)展及我國綜合實(shí)力提升有著積極意義。此外，電子級過氧化氫生產(chǎn)后產(chǎn)生的材料，經(jīng)過負(fù)壓精餾作業(yè)可生成電子級的雙氧水，做到材料的重復(fù)利用，不過能耗較大，需慎重使用。

2 電子級過氧化氫的制備分類

電子級過氧化氫在制備過程中因使用材料不同，制備方式也存在較大差異。最常見的電子級過氧化氫原材料有氫氣和氧氣、雙氧水、水這幾種。在制備工作中，可根據(jù)原材料性能和最終等級要求，開展制備工作。

3 析電子級過氧化氫的制備

3.1 氧氣和氫氣原料的制備方式

3.1.1 催化合成法

催化合成法可保證原材料及制備流程中不含有任何雜質(zhì)或污染物，制備后成品的質(zhì)量會以有機(jī)碳純度展開科學(xué)判定，準(zhǔn)確性高。該方法制備的電子級過氧化氫滿足工業(yè)半導(dǎo)體清洗的基本要求，但其中會添加少量的催化劑和穩(wěn)定劑，容易產(chǎn)生無機(jī)雜質(zhì)。有很多專家學(xué)者對該方法進(jìn)行研究，利用周密性密度泛函理論、低溫常壓作業(yè)原理等制備H2O2。得出結(jié)果表明，該方法可很好地保證電子級過氧化氫的性能，減少有機(jī)雜質(zhì)帶來的污染，提高成品純度。

3.1.2 膜滲透合成法

該方法的優(yōu)勢為操作簡單、損耗低、不存在有機(jī)雜質(zhì)，副產(chǎn)品以水為主。與其他制造方式相比，其潔凈度更強(qiáng)。但同樣的，該方法也存在一些劣勢，生產(chǎn)過程的安全性不高，容易因?yàn)楣收习l(fā)生降低生產(chǎn)效率，且生產(chǎn)中氣體混合會產(chǎn)生一定的壓力，如果不能科學(xué)管控，容易發(fā)生爆炸事故。曾有專家學(xué)者將滲透膜中的氧和反應(yīng)溶液中的氫實(shí)行三相反應(yīng)試驗(yàn)，將氫氣壓力控制在0.3-0.5MPa左右，氧氣壓力控制在0.1MPa，鼓泡流率控制在每分鐘10mL以內(nèi)，借助兩者的反應(yīng)，成功制造出分?jǐn)?shù)超過0.05的過氧化氫物體。

3.2 雙氧水原料制備方法

在處理以工業(yè)化雙氧水為主要材料的電子級過氧化氫時(shí)，由于生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備的不同，容易出現(xiàn)有機(jī)、無機(jī)或機(jī)械雜質(zhì)，要想剔除雜質(zhì)，可采用以下五種方式。

3.2.1 精餾法

精餾法是過氧化氫前期凈化的常用方式，一般是將工業(yè)雙氧水進(jìn)行離子交換或整流預(yù)處理，雖然該方法能夠?qū)o機(jī)和機(jī)械雜質(zhì)清除干凈，但也存在一些問題：如能源損耗較大;整流過程中會伴隨雜質(zhì)的回流;金屬設(shè)備可能會出現(xiàn)氧化情況，從而增加新雜質(zhì)的覆蓋面積;整流中的氧化分解會帶來較大損耗和危險(xiǎn)。

根據(jù)存在的問題，使用先進(jìn)技術(shù)，對該方法實(shí)行創(chuàng)新和優(yōu)化，生成蒸發(fā)--精餾凈化技術(shù)，解決雙氧水制備中存在的問題，提高產(chǎn)品純凈度。該技術(shù)可將企業(yè)混合物實(shí)施分離處理，部分進(jìn)入冷凝器、部分進(jìn)入蒸發(fā)器，以此減少雜質(zhì)的生成。該方法應(yīng)用后，制備過程中金屬雜質(zhì)量低于2*10-9，磷酸鹽雜質(zhì)質(zhì)量在20*10-9以下。

3.2.2 離子交換樹脂法

離子交換樹脂是帶有可交換離子的不溶性固體高分子混合物。將其應(yīng)用到雙氧水為原料的電子級過氧化氫制備中，可對其中含有的金屬雜質(zhì)予以有效剔除，保證電子級過氧化氫的純度。常見的離子交換樹脂以強(qiáng)酸性陽離子交換數(shù)值、親水性多孔交換樹脂、鰲型樹脂和含鹵素多孔交換樹脂為主。不過第一種和最后一種在與過氧化氫溶液融合中會產(chǎn)生一些化學(xué)反應(yīng)，增加飽和度，加大雜質(zhì)含量，故而很少應(yīng)用。

通常由于樹脂中活性基團(tuán)的不同而去除不同的陰陽離子，但單一的某一種樹脂不可能含有所有的活性基團(tuán)，而且過氧化氫溶液有一定的氧化性。為此，國內(nèi)外大多采用抗氧化離子交換樹脂、轉(zhuǎn)型的陰、陽離子交換樹脂，根據(jù)各種樹脂特點(diǎn)來組合串聯(lián)多種樹脂達(dá)到凈化的目的。如純化過氧化氫水溶液的制備方法，解決一般離子交換樹脂除去硅雜質(zhì)效果差這一問題，其在溶液中利用絮凝劑、磷化物、氟型陰離子交換樹脂，將含有的不溶性和可溶性二氧化硅實(shí)施過濾清除處理，減少雜質(zhì)含量。

3.2.3 膜分離法

膜分離技術(shù)可采用物理方式對一定范圍內(nèi)的雜質(zhì)展開分離處理，且操作流程簡單，危險(xiǎn)系數(shù)低，產(chǎn)品提純效果良好。但膜過濾操作壓力高，而且過濾膜使用壽命短，需要頻繁更換過濾膜，成本過高。因此，目前膜過濾更多的是與其他方法配合使用。如在超高過氧化氫生產(chǎn)中，通過負(fù)載整合劑過濾、超濾膜過濾來得到純度較高的過氧化氫，保證其純度達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求。再者，還可利用膜過濾、混合碳吸附及多級精餾融合的方式，來改進(jìn)過氧化氫的純度，符合國家標(biāo)準(zhǔn)等級。

3.2.4 溶劑萃取法

該方法利用兩種溶劑間的不溶性，經(jīng)過多次萃取處理，實(shí)現(xiàn)化合物的分離和剔除。萃取法操作簡單，能耗低，產(chǎn)量不受限制，工作液可作萃取劑，所用萃取劑可以是液體。其缺點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量較差，因此一般用于過氧化氫粗產(chǎn)品的前期處理。如使用非極性溶劑和極性溶劑組成的混合溶液，利用兩者間的不溶性，在蒸汽與處理后，將溶液放置在20-40℃的溫度下，達(dá)到對過氧化氫凈化提純的效果。整個處理過程中，有機(jī)碳雜質(zhì)的濃度會降低到每升36mg以下。且隨著反復(fù)蒸餾處理，濃度還會逐步降低，達(dá)到每升12mg左右。

3.2.5 吸附法

吸附法是處理有機(jī)雜質(zhì)的重要手段。吸附法應(yīng)用范德華力原理，以物理吸附的方式將存在的雜質(zhì)吸附到吸附劑原子表面，再通過對吸附劑的轉(zhuǎn)換和清除，達(dá)到雜質(zhì)剔除提純的效果。目前常用的吸附劑是活性炭，由于活性炭擁有豐富的孔結(jié)構(gòu)和較大的表面積，因而具有很強(qiáng)的吸附能力。如氧化劑預(yù)處理活性炭方法，就是將活性炭浸泡在常溫環(huán)境下的氧化劑溶液中，用純水洗滌至洗滌液無酸根離子，干燥，再在80-250℃下烘干活化。用改性過的活性炭吸附過氧化氫水溶液中的有機(jī)雜質(zhì)，吸附效果較好。

3.3 水原料的制備方式

以水為原料進(jìn)行電子級過氧化氫制備時(shí)，主要采用電解法。其應(yīng)用范圍廣泛，尤其是在大批量制備工作中有很好的效果，成本低廉，工藝簡單，制備流程安全性高，能夠保證電子級過氧化氫產(chǎn)品質(zhì)量，提高其純度。同時(shí)電解法對于處理生產(chǎn)中存在的無機(jī)雜質(zhì)有較好效果。不過在使用該方法中，需要制定合理的能源管控方案，以免能源過量損耗。目前電解法在電子級過氧化氫制備中已經(jīng)形成較為完善的系統(tǒng)體系，整個制備系統(tǒng)是由鉑網(wǎng)氫電極和過氧化氫碳材料電極組成的，生產(chǎn)過程中不需要實(shí)施過量氧氣的處理，減少氫氣與氧氣混合反應(yīng)，優(yōu)化產(chǎn)品性能。在生產(chǎn)過程中，過氧化氫的流量在每秒2.3mol左右。

4 結(jié)語

上文對不同類型原材料生成電子級過氧化氫的制備方式方法展開詳細(xì)分析和探討，并對每種方式方法的優(yōu)缺點(diǎn)加以說明。希望對相關(guān)從業(yè)人員有所幫助，結(jié)合自身實(shí)際情況，科學(xué)選擇電子級過氧化氫制備方法，加強(qiáng)電子級過氧化氫制備過程的安全性，提高電子級過氧化氫的純度，保證其質(zhì)量，進(jìn)而為電子化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]申桂英.索爾維鎮(zhèn)江電子級過氧化氫工廠正式投產(chǎn)[J].精細(xì)與專用化學(xué)品，2018，26（11）：21.

[2]柴春玲，郭曉冉，沈沖.電子級過氧化氫水溶液制備技術(shù)進(jìn)展[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2017（3）.