更高效、更环保的生产​过氧化氢(H2O2)方法来了 !

2021年06月02日 阅读量:3

过氧化氢(H2O2)用于家庭中的小伤口消毒和工业制造中的氧化反应。现在,冠状病毒大流行进一步刺激了对这种化学品及其杀菌特性的需求。虽然在杂货店买的起,但H2O2实际上很难大规模生产,而且成本很高。

 

根据最近发表在《美国化学学会杂志》上的一项研究,由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校领导的一个团队展示了一种更高效、更环保的生产H2O2的方法。

伊利诺伊大学教授 David Flaherty 和研究生 Tomas Ricciardulli 展示了一种更有效、更环保的方法来生产过氧化氢,该方法对其防腐性能有很高的要求。

 

虽然这两种成分:氢和氧,不仅价格便宜,而且可以从大气中免费获得,但过氧化氢的反应性很强且不稳定,这使得它很难生产,第一作者、化学研究生Tomas Ricciardulli说。

 

目前,生产 H2O2需要复杂的多步骤工艺和大型设施。此外,这种传统方法依赖于从化石燃料中提取的中间体化学品(蒽醌)。

伊利诺伊大学的研究人员展示了一种使用钯金纳米粒子生产过氧化氢的更有效、更环保的方法,他们发现当钯金粒子被金包围时,这种催化剂的性能更好。

 

几十年前,研究人员提出了一种更简单、更便宜和“更环保”的一步替代方法,其中催化剂(钯金纳米粒子)代替了驱动反应。催化剂可以循环使用,一遍又一遍地生产过氧化氢。

 

然而,氢和氧也会形成水,这种提议的‘直接合成’方法可以合成 80% 的水和仅 20% 的过氧化氢,主要作者、UIUC 化学和生物分子工程教授David Flaherty说,科学家们对纳米粒子中钯和金原子的排列方式进行了激烈的辩论,以提高过氧化氢的选择性,以及为什么会这样。

 

催化剂中金原子与钯原子的比率越高,产生的H2O2越多,水生成的水越少。研究人员发现,一个钯与 220 个金原子的比例的催化剂会产生几乎 100% 的过氧化氢,这大约是收益递减的点。

 

值得注意的是,催化剂在使用多天后性能稳定,持续实现对H2O2的这些显着选择性,并且使用清洁水作为溶剂,避免了经常用于该化学的问题和腐蚀性添加剂。

 

催化剂内这些原子的组织也很重要:钯原子相互接触有利于水的形成,而被金包围的钯原子有利于H2O2的形成。

 

更重要的是,他们发现影响从围绕钯原子的第一环相邻原子延伸到第二层原子,称为下一个最近的邻居。当给定的钯原子的邻居和次近邻居都是金时,合成更多的H2O2。

 

我们展示了如何创造一种非常有效和选择性的催化剂,Flaherty 说,他也是陶氏化学公司的一名教员学者。虽然很有希望,但要在商业上采用这种方法仍有一些障碍需要克服。

 

Flaherty 研究小组正在开发具有新成分和反应器的纳米颗粒催化剂,以实现该反应的混合化学-电化学方法。我们的最终目标是为H2O2的分布式生产开发可行的技术,这将为传统化学工艺的许多可持续替代方案打开大门。

 

研究人员还预计,他们的活动将揭示其他关键的科学概念,从而使化学制造在此过程中实现电气化。

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