[其他]生產堿性過氧化氫的空氣電極及其制法

無效

• 申請號: 87103988
• 申請日: 1987-06-04
• 公開（公告）號: CN87103988A
• 公開（公告）日: 1988-12-21
• 發明（設計）人: 袁志平
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍88352部隊
• 主分類號: C25B11/12
• 分類號: C25B11/12;C25B11/14;C25B1/30
• 代理公司: 北京三友專利事務所
• 代理人: 楊佩璋

本發明屬于用電化學方法制備無機化合物的領域，本發明涉及工業制備堿性過氧化氫用含醌空氣電極及其制法。

在蒽醌法制備過氧化氫法工業化后，商品過氧化氫價格下降，它的使用范圍也日益擴大，為了進一步降低過氧化氫的制造成本，氧陰極兩電子還原反應成為主要研究方向之一。六十年代以來，在這方面的研究取得了很多重要進展，出現了若干專利，但迄今為止還沒有以工業規模正式投入實用的先例，究其原因就是這些方法在投入工業生產中遇到了各種困難，例如：

1、以石墨顆粒為陰極材料的方法，例如US????3969201，要使這個方法達到工業上可用的工作指標，必須使用純氧并要求在較高壓力下工作（8個大氣壓），這樣的工作條件造成電極大型化的困難;

2、以碳氈為陰極材料，如FR????2493878，為使此法投入工業生產，在電極外部需要用氧氣反復飽和大量循環的陰極溶液，因此操作復雜，運行成本昂貴;

3、以碳黑或活性炭為原料，再加上聚四氟乙烯之類的疏水物質，然后將其制備成片狀或粒狀體作為陰極工作材料，即所謂多孔疏水電極，如美國DOW化學公司的《供產生過氧化氫的噴淋床電解槽》Chemical????&????Engineering????News，March????12，1984.P.16這種陰極的工作面積較大，所以在直接使用壓力不高的空氣情況下也可得到在工業上能用的工作指標，但這個方法仍存在著明顯的缺點：

（1）隨著電極使用時間的加長，電極材料受堿水浸透而失效;

（2）電極的整體性差，在裝填、檢修和更換上較困難;

4、用碳黑或活性炭為原料，加上聚四氟乙烯之類的疏水物質，在金屬鎳網上制成膜狀氧電極，如DE????2353259A。用這個方法也取得了較好的工作指標，但仍然存在著電極受堿水浸透而失效的缺點，并且每片電極均需設置空氣室，使其結構復雜化，尤其是當投入工業應用時要制造數以百計的大尺寸膜片，使這些膜片的透氣度均勻一致是不易的，所以在大型化時也遇到困難。

5、用石墨或玻璃炭作陰極材料如US????4067787，該專利為達到工業上可行的工作指標，在陰極溶液中加入相當濃度的催化劑，如2，7-蒽醌二磺酸鈉，利用催化劑的氧化態和還原態的交變來完成堿性過氧化氫的制備，其工作指標比較理想，但缺點是在陰極產物中（堿性過氧化氫）混有大量催化劑，需要一系列分離手續才能把催化劑和過氧化氫分開。

本發明任務就是克服現有技術中存在的缺點，在制造堿性過氧化氫中達到工業上可行的工作指標。本發明所采取的措施是：使用含醌空氣陰極，并改進了含醌空氣電極結構，從而在直接使用低壓空氣（約0.5公斤/厘米²）的情況下，使一般在幾個或十幾個平方分米電極有效面積的實驗室規模提高到數十平方米的有工業實用價值的電極有效工作面積，本發明還提供了制造含醌空氣陰極的方法。本發明所得堿性過氧化氫溶液，即過氧化鈉溶液可以直接用于制漿造紙工業，也可在化工行業中用于過氧化物的制備。

在US????4067787的方法中使用了處于溶解狀態的能構成氧化還原系統的有機化合物，例如2，7-蒽醌二磺酸鈉，利用這種醌類物質在電解溶液中氧化和還原的交變作用制備過氧化氫。本發明使用含醌空氣陰極，其反應過程與上述專利有所不同，雖然都是利用醌類物質經過還原氧化反應的交替進行來生成過氧化氫，但本發明是依靠陰極碳芯中含有的醌類物質進行氧化還原交替反應，不需要事后進行產物分離。本發明直接依靠陰極提供電子，并同時向多孔陰極中送入空氣就可以進行。在含醌空氣陰極上的兩電子還原反應有下列二個過程同時進行（以蒽醌為例說明之）：

（2）+2H₂O+2e→+2OH^-

+空氣中的O₂+2OH^-→+HO^-₂+OH^-

也就是說，含醌空氣電極除了直接將空氣中的氧和水還原為HO^-₃+OH^-外，同時還將蒽醌法制過氧化氫的反應過程轉移到電極上進行。