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通过莱斯大学开发的方法可以更安全 更简单地生产过氧化氢

休斯敦-(2019年10月10日)-通过莱斯大学开发的方法可以更安全,更简单地生产过氧化氢。

赖斯布朗工程学院的王浩天和他的同事开发的反应器只需要空气,水和电就可以以所需的浓度和高纯度制备有价值的化学物质。

他们的电合成过程在《科学》(Science)中进行了详细介绍,它使用了一种基于氧化碳纳米粒子的催化剂,可以在使用时生产纯过氧化氢溶液,从而无需运输危险的浓缩化学物质。

通过使用固体电解质代替传统的液体电解质,它也消除了当前工艺中使用的产物分离或纯化的需要,因此不会涉及污染离子。

王说:“如果我们通过太阳能电池板供电,我们实际上可以从阳光,空气和水中获得过氧化氢。”“我们不需要消耗有机物或化石燃料。传统的大型化学工程工厂合成过氧化氢会产生有机废物,消耗化石燃料并排放二氧化碳。我们正在做的是绿色合成。”

在许多其他应用中,过氧化氢被广泛用作防腐剂,洗涤剂,化妆品,漂白剂和水净化剂。该化合物可在工业浓度下用水制成高达60%的溶液,但在许多常见用途中,溶液的稀释度要高得多。

王说:“工业过氧化氢必须以高浓度运输,以最大限度地提高经济效益。”

“运输是危险且昂贵的,因为浓缩的化合物不稳定。过氧化氢也会随着时间的推移而降解,一旦到达目的地就必须储存。

他说:“我们的技术使过氧化氢的生产非本地化。”“随着可再生电力的输入变得越来越便宜,空气变得免费,水也变得便宜,我们的产品在价格上应该具有竞争力。

Wang说:“医院不用储存过氧化氢的容器,而是将其用作消毒剂,将来可以打开水龙头,并按需提供3%的溶液。”“房主不用储存化学药品来消毒游泳池水,而是可以轻按开关并打开反应堆来清洁游泳池。”

赖斯反应堆有点类似于燃料电池,其两边都有电极来处理氢气(或水)和氧气(来自空气),并将它们送入两个电极上的催化剂中,该电极将离子导电性多孔固体电解质夹在中间。

赖斯博士后研究员兼首席作者川霞说:“燃料电池可最大程度地减少过氧化氢的产生,从而以最大的能源效率生产水。”“就我们而言,我们想最大化过氧化氢,并且已经调整了催化剂以达到此目的。”

低成本的炭黑催化剂,设置在固体电解质中并被氧化以增强其反应活性,使氧气还原途径以所需的速率和浓度朝着所需的化学物质转移,速率和浓度由施加的电压,空气和水原料以及稳定的去离子水供应确定。该反应在环境温度和压力下进行。

Wang实验室二年级研究生的共同主要作者Yang Xia说,该催化剂经证实具有足够的耐用性,可以在实验室中连续100个小时合成1%重量比的过氧化氢纯溶液,且降解程度可忽略不计。

王说,该实验室计划对大型反应堆和即插即用组件进行工程设计,以期与工业合作伙伴进行测试。他认为工业规模应用(如市政净水系统)前景广阔。莱斯实验室已经在校园雨水上测试了低浓度产品,并证明了其去除有机碳污染物的能力。

他说:“有很多潜在的应用。”“在此之前,过氧化氢的电化学合成受到其产物分离或纯化工艺的限制,但我们已经解决了实际应用中的巨大障碍。”

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