[发明专利]一种大规模高效电催化产H

说明书

本发明公开一种大规模高效电催化产H₂O₂的双腔室可组装反应器系统，包括有机玻璃容器，以及位于其内部的阴阳极系统和搅拌装置，所述有机玻璃容器包含两个可自由组装和拆卸的有机玻璃腔室，其中大腔室为主电解池，小腔室为承压气室；所述通孔内嵌装有石墨‑炭黑混合空气自呼吸阴极；所述主电解池上设置有若干钛基复合金属电极的槽口；所述石墨‑炭黑混合空气自呼吸阴极、钛基复合金属电极均设有引出导线；引出导线连接直流电源，直流电源以恒流稳压模式为输出方式。本发明H₂O₂产率随着电流密度的增大而近乎线性增大且电催化生产H₂O₂的过程中，经原位监测几乎无法探测到氢气的生成，说明对析氢副反应的抑制性较高，减少了易燃易爆气体的积累风险。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，涉及一种可将氧气高效率催化还原为H₂O₂的反应器，特别涉及一种大规模高效电催化产过氧化氢的双腔室可组装反应系统。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)是一种强化学氧化剂，在印染、化学合成、医疗消毒等领域具有非常广泛的应用。特别在废水处理中，H₂O₂可用于脱臭、脱色和消毒。

在环境领域中，高级氧化技术(advanced oxidation process，AOPs)是处理难降解有机废水最具有应用前景的方法之一。AOPs的核心是通过外界能量(光能、电能等)的持续输入将H₂O₂经过一系列物理过程和化学反应，产生具有强氧化性的羟基自由基(·OH)，将废水中的有机污染物氧化成CO₂、H₂O和无机盐等。由于·OH氧化电位高达2.8V，几乎可以氧化废水中的各种有机物，因此具有广泛的应用前景。目前，H₂O₂主要合成方法是蒽醌氧化法，这种方法费用高、污染重、存在环境毒性。同时在高级氧化技术的应用过程中，H₂O₂往往只需要 <0.1wt％的含量，而市售H₂O₂多经过蒸馏萃取浓缩至30wt％以上，因此过氧化氢的生产-浓缩 -稀释-利用的过程中存在着巨大的浪费，开发一种原位生产和利用的技术刻不容缓。

目前在电化学电解槽中，可以在阴极通过电化学方法在阴极通过2电子氧还原反应 (2-electron ORR，反应1)合成H₂O₂同时通过输入催化剂或能量，将阴极原位产生的H₂O₂不断变成·OH实现有机污染物的降解。合成H₂O₂需要氧气的参与，目前在电化学高级氧化体系中，最常见的是使用碳基电极材料(如石墨、活性炭、碳纳米管等)阴极完全浸没在电解液当中，通过外界鼓入空气或者纯氧作为氧源，溶解态的氧气或者细小气泡随着电解液扩散至电极界面，催化合成H₂O₂。目前为止，大多数的研究人员在研究电催化原位生产H₂O₂时大多数关注点在污染物的去除机理和毒性分析上，污水量一般控制在0.5L以下，目前此项技术急需进行中试测试甚至更大规模的放大应用以为未来的实际处理奠定技术基础。

2H⁺+O₂+2e^-＝H₂O₂ (1)

2H⁺+2e^-＝H₂ (2)