全球雙氧水的需求量約為每年400萬噸，預(yù)計(jì)未來將持續(xù)增長(zhǎng)。目前工業(yè)上主要采用蒽醌工藝集中生產(chǎn)高濃度雙氧水。作為易燃易爆危險(xiǎn)品，高濃度雙氧水在使用、運(yùn)輸和存儲(chǔ)中具有一定的安全隱患，而低濃度H2O2在很多小、分、散的場(chǎng)景都具有很高的應(yīng)用需求。近年來綠色電力價(jià)格不斷下調(diào)，具有生產(chǎn)靈活性、去集中化特點(diǎn)的電化學(xué)產(chǎn)雙氧水方法也備受關(guān)注。
近日，上海交通大學(xué)的趙一新教授團(tuán)隊(duì)綜述了用于連續(xù)、去集中化生產(chǎn)雙氧水的電化學(xué)反應(yīng)器。文章梳理了電化學(xué)反應(yīng)器合成雙氧水的發(fā)展歷程，對(duì)各個(gè)組件及其組裝過程進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，并提出優(yōu)化策略。
近年來關(guān)于雙氧水電合成生產(chǎn)的研究發(fā)展迅速，特別是液流式電化學(xué)反應(yīng)器，可以在去集中化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。文中以液流式裝置為例，將其拆分為氣體擴(kuò)散電極、催化劑層、離子交換膜、氣體流場(chǎng)板以及電解液腔室等組件，系統(tǒng)分析了各組件的組成、影響因素及其優(yōu)化設(shè)計(jì)。 針對(duì)實(shí)用規(guī)模過氧化氫電合成生產(chǎn)裝置，文章提出未來研究可以集中在以下幾個(gè)方面： 1. 增強(qiáng)催化劑及相應(yīng)電極的穩(wěn)定性和耐久性，例如：設(shè)計(jì)高穩(wěn)定性電極材料、優(yōu)化催化劑層和電極基材的結(jié)構(gòu)，提高電極強(qiáng)度和耐久性； 2. 開發(fā)具有特征傳導(dǎo)HO2-離子的陰離子交換膜，以及具有優(yōu)異抗降解性的膜； 3. 改善氣、液、固之間的傳質(zhì)，通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方法評(píng)估和優(yōu)化各組件的設(shè)計(jì)； 4. 抑制產(chǎn)物過氧化氫的分解，從而減少儲(chǔ)存和運(yùn)輸造成的損失； 5. 參照燃料電池堆，將單個(gè)流動(dòng)池組裝在一起使其系統(tǒng)集成化，提高生產(chǎn)效率。 最后，作者對(duì)雙氧水的綠色生產(chǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了展望。可持續(xù)能源是未來最理想的能源供應(yīng)，太陽能和風(fēng)能產(chǎn)生的并網(wǎng)或離網(wǎng)綠色電力，可以用于分布式生產(chǎn)雙氧水。這部分雙氧水可直接應(yīng)用于當(dāng)?shù)氐乃?、環(huán)境衛(wèi)生領(lǐng)域等，省去由儲(chǔ)存、運(yùn)輸帶來的能耗與成本。 論文信息 Electrochemical reactors for continuously decentralized H2O2 production Yichan Wen, Ting Zhang, Jianying Wang, Zhelun Pan, Tianfu Wang, Hiromi Yamashita, Xufang Qian* and Yixin Zhao* Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202205972
