過氧化氫新型催化劑的研究

張青青

摘? 要： 本文概述了過氧化氫催化分解的研究現狀及進展，包括過氧化氫酶、仿酶、雜多酸鹽、復合體系催化劑等高效能并能重復使用的研究狀 況.最后指出了今后研究重點：開發新型環保、廉價、重復使用良好的催化劑。

關鍵詞： 過氧化氫;催化分解;新型催化劑

1 過氧化氫概述

過氧化氫水溶液俗稱雙氧水，純凈的過氧化氫是無色透明的液體， 分子式H2O2 ，分子量34.01 ，比水略粘。過氧化氫是最簡單的過氧化物， 是具有O-O單鍵的化合物，通常用作氧化劑，漂白劑和消毒劑。濃縮過 氧化氫是一高種活性氧氧化物，已被用作火箭中的推進劑。過氧化氫水 溶液在常溫可以發生分解反應生成氧氣和水，在加熱或者加入催化劑后 能加快反應，快速分解，同時放出大量熱。過氧化氫水溶液與許多無機 化合物或雜質接觸后都會迅速分解，放出大量的熱量、氧和水蒸氣。大 多數金屬（如鐵、銅、銀、鉛、汞、鋅、鈷、鎳、鉻、錳等）及其氧化 物和鹽類都是雙氧水分解的活性催化劑，塵土、香煙灰、碳粉、鐵銹等 也能加速分解。由于其不穩定性，過氧化氫通常與穩定劑一起儲存在弱 酸性溶液中。世界上大約60%的過氧化氫生產用于紙漿和紙張漂白，第 二大工業應用是制造過碳酸鈉和過硼酸鈉，它們用作洗衣洗滌劑中的溫 和漂白劑。用于生產各種有機過氧化物。過氧酸，例如過乙酸和間氯過 氧苯甲酸也通常使用過氧化氫制備，在某些廢水處理過程中使用過氧化 氫去除有機雜質。這通過先進的氧化方法實現，例如芬頓反應，其用于 產生高反應性羥基。這些能夠破壞通常難以除去的有機污染物，例如芳 族或鹵代化合物。它還可以氧化存在于廢物中的硫基化合物;這是有益 的，因為它通常會降低其氣味。高濃度過氧化氫流，通常在40%以上， 由于濃縮的過氧化氫符合美國法規DOT氧化劑的定義，如果被釋放到環 境中，被認為是危險的。過氧化氫應儲存在陰涼，干燥，通風良好的地 方，遠離任何易燃或易燃物質。應將其儲存在由不反應性材料（如不銹 鋼或玻璃）組成的容器中。因為暴露于光線時它會快速分解，所以應將 其儲存在不透明的容器中，藥物配方通常會進入阻擋光線的棕色瓶子。 工業規模生產過氧化氫的方法包括酸解過氧化物法、電解、水解法、蒽 醌法、異丙醇法、氫氧直接合成法、氧陰極還原法等。其中由于蒽醌法 具有安全高效等優點，蒽醌法是目前國內外生產過氧化氫的主要方法， 該法以2-烷基蒽醌（通常為2-乙基蒽醌）為載體，在鈀（或鎳）催化 劑作用下和氫氣反應首先生成2-乙基氫蒽醌，后者被氧氣氧化即可生成 2-乙基蒽醌和雙氧水，再用高純水萃取氧化后的工作液（即氧化液）中 的過氧化氫，得到過氧化氫水溶液（即雙氧水）。經水萃取后的工作液 （即萃余液），經過后處理工序處理后再回到氫化工序繼續循環使用。

2 過氧化氫在有機化工合成中的作用

過氧化氫（分子式： H 2O 2? ）是一種淡藍色、無味的黏稠液體，熔 點-43℃，沸點150.2℃。在0℃時密度為1.4649kg/m3 。可以與水任意比例 相混溶，還能溶于許多有機溶劑，如醇、醚、酯和胺。過氧化氫分解時放 出大量熱，同時生成水和氧。光和熱能加速雙氧水的分解。純凈的雙氧水 溶液比較穩定，但濃度高于65%的雙氧水與有機物接觸易引起爆炸，可用 作炸藥，更高濃度雙氧水可用作火箭燃料或其組分。過氧化氫具有氧化性 和還原性。作為氧化劑、漂白劑、消毒劑、脫氧劑、聚合物引發劑和交聯 劑，過氧化氫廣泛應用于化工、紡織、造紙、軍工、電子、醫藥、環境保 護等行業。

3 催化劑的使用現狀

3.1? 裝置分析

在石油化工產業運行中，工業裝置由反應單元、分硫單元以及吸收穩 定單元等工程組成。實際的設備裝置使用中，其技術實際優勢體現在以下 方面：第一，通過雙劑串聯技術的運用，可以一次通過加氫裂化工藝;第 二，反應單元主要采用爐子前部分混氫工藝;第三，分餾單元使用了脫硫 化氫塔以及常壓塔，并設置硫化氫塔重沸爐以及分餾塔重沸爐;第四，設 備吸收穩定單元之后會利用重石腦油作為吸收劑;第五，使用干法硫化催化劑。所以，在石油化工催化材料使用的過程中，可以結合催化材料的制 備及篩選工藝，科學選擇裝置設備，使組合催化反應充分滿足石油化工產 業的運行需求[1]。

3.2? 催化劑品種

結合石油化工產業中的原油加工技術，催化劑選擇中，應該根據原 油中環烷烴、芳烴含量及特點，對產品的生產要求進行分析，并結合生產 工藝難度大的特點，選擇可行性的技術優勢。以MHUG技術為例，對于該 技術而而言，這一裝置系統可以改善煤油、柴油的質量，也會提高煤油煙 點，但是，在實際的使用中，為了提高柴油中的十六烷值，需要改善雙環 及以上環狀烴的結構，同時要避免裂化反應的發生。因此，在催化劑品種 選擇中，需要選擇脫氮性能以及芳烴飽和性能好的催化劑，充分滿足石油 化工產業的運行及發展需求。

4 雜多酸及其鹽

馬惠敏等通過實驗發現，十二鉬磷酸對H2O2分解幾乎無活性，而其鹽 類（ Fe3+ 、Cu2+ 、Co2+ 、Mn2+? ）則都有很好的活性，認為活性種是雜多酸鹽 的抗衡陽離子。如在雜多酸陰離子中引入V ，部分的取代鉬，不僅催化劑 活性隨V的取代數有規律地增加，而且，動力學曲線具有S-型特征，表明 反映中活性中心-陰離子中的釩和底物作用生成活性中間體。

5 復合體系催化劑

兩種及兩種以上物質組成，其中至少一種具有催化活性，另一種具 有促進作用，這樣的催化劑叫復合體系催化劑。陳小斌等研究發現碘化鉀 和鎢酸鈉一定比例混合物有著強烈的催化分解作用，其作用條件是在堿性 條件下進行，這些復合體系對過氧化氫的催化分解有著明顯的共同促進效 果。分析出了催化劑對催化雙氧水分解速度的影響。當碘化鉀與鎢酸鈉 物質的量比為5? ∶5～6? ∶4時，催化活性最高。給出了催化反應的動力學方 程，計算得到反應的Arrhenius活化能Ea = 24.4，并對催化反應機理進行了 合理的推測。

6 結束語

隨著人們綠色環保意識與要求的不斷加強，對水電汽的節省，生產效率的提升等諸多要求，同時，有想要環保減少污染，還能催化分解過氧 化氫的物質中過氧化氫酶顯然具備著諸多優點。但其缺點也顯而易見，就 是成本高昂易失活等各種問題也讓其在紡織等工業的大規模應用面臨著困 難。滿足人們諸多要求的又具有較好發展前景的模擬酶催化劑，還要有優 異的物理化學性質，并避免極易團聚影響其催化性能，若是小分子催化劑 要尋找良好的負載劑能有效地避開從反應體系中分離，進而能使催化劑能 反復使用。所以開發新型高效、環保、低溫下具有催化活性并有優異的物 理化學性質、價格低廉、易得并能大規模應用到紡織等工業也就是今后研 究開發的重點。

參考文獻：

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