@ 2019.10.30 , 16:00

更灵活的双氧水生产工艺

自两个世纪前,人们发现水的表亲双氧水(过氧化氢)具有杀菌性之后,人类就有它们来防止伤口感染。不幸的是,双氧水非常不稳定,很难长途运输。

现在,研究人员发明出了一种相当简单的工艺,借助水、空气和电力制造双氧水,这对经济不发达的地区来说,或许特别有意义。

麻省理工学院的化学工程师希望可以制造出便携式设备,利用无毒催化剂将生活用水电化学转化成对环境友好的杀菌剂。

过氧化氢的化学式很简单——比正常水分子多了一个氧原子。制取双氧水不是一个复杂的过程。化学家路易·雅克·塞纳德(Louis JacquesThénard)在1818年首次确定了反应式,当时只是用到氧化钡与硝酸。

如今,过氧化氢因其漂白和卫生特性而受到重视,被证明可有效杀死相对低浓度的微生物,同时对环境极其友善。

为了满足需求,当今大多数工业规模的方法都依赖于所谓的蒽醌法。

其工艺为烷基蒽醌与有机溶剂配制成工作溶液,在压力为0.30MPa,温度55-65℃、有催化剂存在的条件下,通入氢气进行氢化,再在40-44℃下与空气(或氧气)进行逆流氧化,经萃取、再生、精制与浓缩制得质量分数为20%-30%的过氧化氢水溶液产品。

它可以实现规模化生产,同时是一个能源密集型过程,依赖于化石燃料。重要的是,很难精简其规模——就算只想生产较少的过氧化氢,也需要大量的原材料,所以反而不经济。

化学工程师Yogesh Surendranath说:“越来越多的人想要更加灵活的工艺,因为人们意识到那才能满足更多的需求,无论是在工业方面还是在卫生方面。”

过氧化氢分子中松散连接的第二个氧原子渴望与其他分子结合,而无需太多反应能量。对于生物中的有机化学物质而言,这是一个破坏性的过程,使过氧化物非常适合杀死病原体。但这也意味着,它易于其它材料发生反应。在长距离的运输中,如果双氧水的浓度超过35%,将造成大量的损耗。

为了开发一种适宜就地生产的、更环保的方法,Surendraathath团队重新分析蒽醌工艺中有待改善的途径。

电解水制取氢,而不是从甲烷中得到氢!然后,氢气可以像往常一样通入蒽醌催化剂中,反应系统与溶剂混合,引入氧化溶液形成过氧化氢。

从理论上讲,其他材料可以起到与蒽醌相同的介质作用。电解过程与载氢催化剂的逐步转移结合是使该过程高效而无需任何潜在危险元素的关键。

现在,至少在不久的将来,还无法把该工艺推广到工业生产中,但这仍然是令人兴奋的概念。

该团队实验室中证明了工艺的有效性,同时指出仍有很大的改进空间。

“一种优化方法就是增加介质的浓度,幸运的是,我们用在液流电池中的介质已经具备了非常高的浓度,因此我们认为其它地方的介质也存在提高浓度的途径。” Surendranath说。

这项研究发表在Joule。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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