[发明专利]室温下连续合成高纯度过氧化氢的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于等离子体合成化学品技术领域，涉及到一种使用氢氧混合气在室温下和气相中连续地产生高浓度及高纯度过氧化氢的装置和方法。

背景技术

过氧化氢作为最重要的绿色氧化剂，在造纸、纺织、电子、医疗、航天、和化学品合成等领域有广泛的用途。其中，高浓度或/和高纯度过氧化氢在化学品合成（如环氧丙烷）、电子工业及航天等领域有重要用途。

目前，过氧化氢主要是由蒽醌法生产的，全世界年产量已达几百万吨（以100wt%计）。虽然蒽醌法的工艺成熟，但由于使用贵金属钯做蒽醌加氢催化剂，而且涉及蒽醌的循环使用和工作液的循环使用问题，因此蒽醌法工艺复杂，投资大，必须进行大规模生产。但小型用户只能购买过氧化氢。由于过氧化氢属于强氧化剂，所以在大量储存运输过程中容易发生危险。另外，高浓度过氧化氢的储存和运输风险更大。同时，蒽醌法生产的过氧化氢必须经过多步浓缩和提纯才能得到高浓度和高纯度过氧化氢产品。公开文献AICHE.Journal58(2012)3718-3730报道了一种优化的反渗透系统，即利用膜材料分离的原理用于精制过氧化氢以得到高纯过氧化氢产品。但该系统要得到高纯度的过氧化氢产品，必须采用多次反渗透操作。因此，后处理工艺复杂，能耗大，产品成本高。同时，膜材料还有寿命较短的问题。因此，开发高纯度和高浓度过氧化氢的直接和一步法生产技术会给用户带来极大的方便。

以下专利文献和公开文献提供了一些合成过氧化氢的不同方法：如专利文献WO14217（2002）披露了一种在甲醇介质中，用负载贵金属钯和铂的催化剂由氢、氧连续制备过氧化氢水溶液的方法；专利文献US6432376（2002）中披露了一种用疏水性复合钯膜作催化剂由氢、氧制备过氧化氢的方法；专利文献US20120020872A1中披露了将一种高温热处理的钯催化剂用于提高过氧化氢选择性的方法；公开文献Science323(2009)1037-1041报道了一种酸处理的贵金属催化剂用于提高氢氧直接合成过氧化氢选择性的方法；公开文献Green Chem.14(2012)170-181报道了一种在室温下以水为溶剂利用Au-Pd催化剂合成过氧化氢的方法。公开文献Electrochem.Commun.5(2003)445-448报道了一种利用电化学方法在酸性水溶液中液相合成过氧化氢的方法；公开文献Angew.Chem.Int.Ed.47(2008)1900-1902报道了一种利用电化学方法在中性水溶液中液相合成过氧化氢的方法；在上述电化学方法中，其阳极材料是Pt或Ag金属组成的电极材料，其合成过氧化氢的机制是贵金属电极催化。上述方法的本质都是采用不同形态的贵金属作为催化剂，反应需在某种液体介质中进行，做不到一步法生产高浓度和高纯度过氧化氢。

另外，根据早期的公开文献报道（Russ.J.Phys.Chem.34,367(1960)），氢氧混合气借助于交流高压介质阻挡放电等离子体也能直接合成过氧化氢。介质阻挡放电等离子体采用一套包括交流升压变压器、电压和频率调节器以及放电反应管在内的装置，使通过放电区的氢、氧气体在高能电子的作用下形成等离子体，产生H、OH、HO₂等自由基活性物种，进而在气相中直接生成过氧化氢。该方法简单且不用溶剂和催化剂。但该装置采用线筒结构，圆筒本身为硬质玻璃或钼玻璃，玻璃壳体外表环绕金属丝或金属线作为接地极，由于高压放电过程中产生的电热能使等离子体区温度迅速升高，不利于生成过氧化氢，所以需要将放电反应装置置于冷阱中，以达到冷却的目的，但不利于实际应用。