雙氧水生產技術與應用研究

摘 要：雙氧水是當前應用較為廣泛的化學品，隨著其應用領域的不斷擴張，市場消費額也逐年增加。與發達國家相比，我國在雙氧水生產技術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，開發先進的雙氧水生產技術。本文通過查閱文獻資料，結合自身工作實踐，總結了雙氧水常用的幾類生產技術，并從實際情況出發，分析了雙氧水在環保、醫藥、食品、造紙、紡織、電子等領域的應用，旨在為雙氧水生產及應用開發提供參考。

關鍵詞：雙氧水;生產技術;應用

雙氧水，又稱過氧化氫溶液，是一類應用廣泛的無機化學品，主要應用于環保、醫藥、食品、造紙、紡織、電子等領域[1]。雙氧水在常溫下容易發生降解反應，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生劇烈反應，甚至爆炸[2]。雙氧水的氧化活性較高，在堿性環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]。現階段我國市場上銷售的雙氧水主要有電子級、工業級以及醫藥級、試劑級等幾個級別，濃度也有27.5%、35%、50%、70%等多種規格。雙氧水生產工藝技術主要有蒽醌法、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，但各個生產技術都有自身的優點和缺點[4]。

1.雙氧水生產技術分析

雙氧水生產工藝技術主要有蒽醌法、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中較為成熟的一項技術，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，使蒽醌烷發生氫化反應，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。蒽醌法生產雙氧水的過程中，催化劑種類也是影響產品質量的關鍵因素，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量，是當前雙氧水工業化生產用的最多的催化劑。

1.2 氫氧直接合成法

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

1.3 電解法

電解法也是雙氧水生產中應用最早的方法。根據反應原料的差異，可以將電解法分為過硫酸鉀法、過硫酸法以及過硫酸銨法，其中應用最多的方法是過硫酸銨法。電解法生產雙氧水的過程是，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過進一步提純濃縮后重新返回電解槽中循環使用。

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。氧陰極還原法生產雙氧水技術的關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雙氧水技術的主攻方向。現階段，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合材料，雙氧水的生產效率較高。此外，開發可以連續進行電解的電解槽以及合適的雙氧水提純濃縮技術也是氧陰極還原法急需要解決的關鍵問題。

1.5 燃料電池法

燃料電池法的優勢在于生產過程中不消耗任何電能，節約能源;在固體聚合物電解質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，調節陽極方向溶液pH值為1.1，在室溫條件下，用導線將電池陰陽兩極聯通，即可產生電流，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

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

2.雙氧水的應用分析

現階段，雙氧水主要應用于醫藥工程、食品工程、造紙工業以及紡織制造、電子工業等領域。具體應用情況如下。

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;在造紙工業中主要用于廢紙脫墨;在環境保護領域，雙氧水作為應用較為廣泛的化學試劑，其自身不會對環境造成污染，還可以在廢水處理方面發揮至關重要的作用。使用雙氧水進行廢水處理的領域主要是去味、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，在改善環境，保護生態平衡方面發揮著關鍵作用;在醫藥工程及食品工業領域，雙氧水主要用于包裝材料消毒、面包發酵脫色、乳制品發酵以及食品纖維脫色等領域。將雙氧水濃度調整至3%以下，還可以用于醫藥產品消毒殺菌;在電子工業領域，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;在化工領域，雙氧水的應用范圍最為廣泛，包括制備環氧化合物、過氧化合物以及過氧酸鹽，作為催化劑等。

3.結語

綜合以上觀點來看，蒽醌法生產雙氧水是當前最為成熟的一項技術，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險，限制了該技術的應用。燃料電池法和醇類生物酶催化氧化技術具有反應條件溫和、設備簡單、操作方便等優點，但受到科技發展水平的限制，該技術目前還處于小試研究開發階段，在生產領域的應用指日可待。電解法生產成本較高，且能源消耗量較大，但生產的雙氧水產品純度高，也具有較高的應用價值。在不同的行業領域，雙氧水也發揮著不同的價值。與發達國家相比，我國在雙氧水生產技術和應用領域還存在較大的差距，未來在雙氧水是生產技術開發上，應該注重節能環保、提高生產效率和產品質量以及操作技術的安全性等。

參考文獻：

[1]范新宇， 文飛. 雙氧水生產技術現狀及應用[J]. 化工管理， 2017（27）：3-5.

[2]景文珩， 汪朝暉， 徐南平， et al. 吸附-陶瓷膜集成技術在高純過氧化氫生產中的應用研究[J]. 南京工業大學學報（自然科學版）， 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用研究[J]. 化學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用探討[J]. 印染， 1992（6）：17-20.

[5]郭文亮. 非硅過氧化氫漂白穩定劑的開發與應用研究[D].? 2015.

作者簡介：

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