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摘 要：双氧水是当前应用较为广泛的化学品，随着其应用领域的不断扩张，市场消费额也逐年增加。与发达国家相比，我国在双氧水生产技术上还存在较大的差距，未来必须从降低成本、提高收率，降低能耗等方面出发，开发先进的双氧水生产技术。本文通过查阅文献资料，结合自身工作实践，总结了双氧水常用的几类生产技术，并从实际情况出发，分析了双氧水在环保、医药、食品、造纸、纺织、电子等领域的应用，旨在为双氧水生产及应用开发提供参考。
关键词：双氧水;生产技术;应用
双氧水，又称过氧化氢溶液，是一类应用广泛的无机化学品，主要应用于环保、医药、食品、造纸、纺织、电子等领域[1]。双氧水在常温下容易发生降解反应，特别是遇到高温或者紫外线照射时，降解速度加快，在重金属离子或灰尘颗粒存在的条件下也会发生剧烈反应，甚至爆炸[2]。双氧水的氧化活性较高，在碱性环境下容易破坏色素分子中的双键或三键共轭体系，用作纸张、纺织品的除色剂[3]。现阶段我国市场上销售的双氧水主要有电子级、工业级以及医药级、试剂级等几个级别，浓度也有27.5%、35%、50%、70%等多种规格。双氧水生产工艺技术主要有蒽醌法、电解法、氢氧直接合成法、氧阴极还原法、燃料电池法以及醇类酶催化氧化法等，但各个生产技术都有自身的优点和缺点[4]。
1.双氧水生产技术分析
双氧水生产工艺技术主要有蒽醌法、电解法、氢氧直接合成法、氧阴极还原法、燃料电池法以及醇类酶催化氧化法等[5]。
1.1 蒽醌法
蒽醌法是双氧水生产中较为成熟的一项技术，其制备原理是以蒽醌烷为原料，将其溶解在合适的有机溶剂中，加入适量的催化剂，使蒽醌烷发生氢化反应，释生成氢蒽醌，在空气作用下生成双氧水，同时将氢蒽醌还原成蒽醌烷。在实际生产过程中，可以向有机溶剂中加入水，将双氧水萃取出来，再通过不同的精制和浓缩方法，得到不同浓度和密度大小的双氧水溶液。蒽醌法生产双氧水的过程中，催化剂种类也是影响产品质量的关键因素，常用催化剂主要包括钯催化剂和镍催化剂两大类。其中，由于钯催化剂在该反应中对氢化过程有较强的选择性，且催化活性较高，可以大大提高双氧水的产量，是当前双氧水工业化生产用的最多的催化剂。
1.2 氢氧直接合成法
氢氧直接合成法是双氧水生产技术中应用时间最长的技术，在0-25℃温度范围内，2.9-17.3MPa压力下，以不含有任何有机容易的水作为反应溶液，在活性炭的催化作用下生产双氧水，该技术过氧化氢的产量约为15%。由于氢氧直接合成法工艺简单，不需要任何有机溶剂，生产成本较低，在双氧水生产领域得到了广泛的应用。
1.3 电解法
电解法也是双氧水生产中应用最早的方法。根据反应原料的差异，可以将电解法分为过硫酸钾法、过硫酸法以及过硫酸铵法，其中应用最多的方法是过硫酸铵法。电解法生产双氧水的过程是，首先将过硫酸铵溶液进行提纯，配制成所需浓度的溶液后加入到电解槽中，溶液先流经阴极室，再从阳极室中流出，再进行减压水解蒸馏，收集蒸馏液体后进行浓缩纯化，即可得到不同浓度的双氧水溶液。电解液中回收的残留溶液可以经过进一步提纯浓缩后重新返回电解槽中循环使用。
1.4氧阴极还原法
氧阴极还原法是在低压空气条件下，利用氧气在阴极电解还原反应生成双氧水的方法，其原料主要是水和空气。氧阴极还原法生产双氧水技术的关键点在于水溶液中氧气的浓度。标准大气压下，氧气很难在水中溶解，水中可以溶解氧气的比例约为3%。因此，制备性能优良的气体扩散电极，延长电极的使用寿命是氧阴极还原法生产双氧水技术的主攻方向。现阶段，研究人员主要以活性炭、碳黑以及石墨颗粒作为阳极材料，但效果差强人意。目前使用最多的阳极材料为低密度碳一碳复合材料，双氧水的生产效率较高。此外，开发可以连续进行电解的电解槽以及合适的双氧水提纯浓缩技术也是氧阴极还原法急需要解决的关键问题。
1.5 燃料电池法
燃料电池法的优势在于生产过程中不消耗任何电能，节约能源;在固体聚合物电解质膜的分隔作用下将氧气和氢气分离开，形成阴阳两个电极室，以免氢气发生爆炸。Yamaoaka和Otsuka利用Nafion117型离子膜，与氢组成电池阳极，选用五种材料与饱和氯化氢溶液接触后作为电池的阴极，调节阳极方向溶液pH值为1.1，在室温条件下，用导线将电池阴阳两极联通，即可产生电流，阴极生成的双氧水可以积累在阴极液中。
1.6 醇类酶催化氧化法
酶催化反应技术是用由低级醇类氧化法制备双氧水的方法，这是双氧水生产中的最新工艺，充分融合了化工生产技术和现代生物技术。低级醇类酶制备双氧水过程为向反应体系中加入水、烷醇（烷烯醇）以及甲醇氧化酶，使反应物在高压作用下发生氧化反应，在生物发酵剂的作用下将醇类物质转化成双氧水和醛类物质。反应过程中加入的生物发酵酶多数是从汉逊酵母中分离出来的，极易失去催化活性，延长生物发酵酶的使用寿命是该技术面临的主要问题。
2.双氧水的应用分析
现阶段，双氧水主要应用于医药工程、食品工程、造纸工业以及纺织制造、电子工业等领域。具体应用情况如下。
在纺织制造方面，双氧水主要用做漂白剂，例如床单、毛巾等漂白;在造纸工业中主要用于废纸脱墨;在环境保护领域，双氧水作为应用较为广泛的化学试剂，其自身不会对环境造成污染，还可以在废水处理方面发挥至关重要的作用。使用双氧水进行废水处理的领域主要是去味、除毒以及脱色等。双氧水在污染气体处理方面也有良好的应用效果，可以用于处理被有机物污染的土壤、地下水，在改善环境，保护生态平衡方面发挥着关键作用;在医药工程及食品工业领域，双氧水主要用于包装材料消毒、面包发酵脱色、乳制品发酵以及食品纤维脱色等领域。将双氧水浓度调整至3%以下，还可以用于医药产品消毒杀菌;在电子工业领域，双氧水和其它溶剂配制成清洗剂和抗腐蚀溶液，主要用于清洗仪器仪表和电镀加工等;在化工领域，双氧水的应用范围最为广泛，包括制备环氧化合物、过氧化合物以及过氧酸盐，作为催化剂等。
3.结语
综合以上观点来看，蒽醌法生产双氧水是当前最为成熟的一项技术，氢氧直接合成法成本低廉、操作步骤简单，但氢气和氧气混合有较大的爆炸风险，限制了该技术的应用。燃料电池法和醇类生物酶催化氧化技术具有反应条件温和、设备简单、操作方便等优点，但受到科技发展水平的限制，该技术目前还处于小试研究开发阶段，在生产领域的应用指日可待。电解法生产成本较高，且能源消耗量较大，但生产的双氧水产品纯度高，也具有较高的应用价值。在不同的行业领域，双氧水也发挥着不同的价值。与发达国家相比，我国在双氧水生产技术和应用领域还存在较大的差距，未来在双氧水是生产技术开发上，应该注重节能环保、提高生产效率和产品质量以及操作技术的安全性等。
参考文献：
[1]范新宇， 文飞. 双氧水生产技术现状及应用[J]. 化工管理， 2017（27）：3-5.
[2]景文珩， 汪朝晖， 徐南平， et al. 吸附-陶瓷膜集成技术在高纯过氧化氢生产中的应用研究[J]. 南京工业大学学报（自然科学版）， 2000， 22（02）：28-33.
[3]寇志豪， 朱爱萍， 苏广文， et al. 四丁基脲在蒽醌法制备过氧化氢工艺中的应用研究[J]. 化学推进剂与高分子材料， 2005（5）：21-25.
[4]陈文， 杨胜慰. 双氧水冷轧堆工艺的要素及应用探讨[J]. 印染， 1992（6）：17-20.
[5]郭文亮. 非硅过氧化氢漂白稳定剂的开发与应用研究[D]. 2015.
作者简介：
王小军，1987年5月出生，男，汉族，籍贯湖南郴州，目前就業在中石化长岭分公司化工部，工程师职称，2010年毕业于湖南大学 化工院 ;目前从事蒽醌法双氧水的生产和工艺管理。
关键词：双氧水;生产技术;应用
双氧水，又称过氧化氢溶液，是一类应用广泛的无机化学品，主要应用于环保、医药、食品、造纸、纺织、电子等领域[1]。双氧水在常温下容易发生降解反应，特别是遇到高温或者紫外线照射时，降解速度加快，在重金属离子或灰尘颗粒存在的条件下也会发生剧烈反应，甚至爆炸[2]。双氧水的氧化活性较高，在碱性环境下容易破坏色素分子中的双键或三键共轭体系，用作纸张、纺织品的除色剂[3]。现阶段我国市场上销售的双氧水主要有电子级、工业级以及医药级、试剂级等几个级别，浓度也有27.5%、35%、50%、70%等多种规格。双氧水生产工艺技术主要有蒽醌法、电解法、氢氧直接合成法、氧阴极还原法、燃料电池法以及醇类酶催化氧化法等，但各个生产技术都有自身的优点和缺点[4]。
1.双氧水生产技术分析
双氧水生产工艺技术主要有蒽醌法、电解法、氢氧直接合成法、氧阴极还原法、燃料电池法以及醇类酶催化氧化法等[5]。
1.1 蒽醌法
蒽醌法是双氧水生产中较为成熟的一项技术，其制备原理是以蒽醌烷为原料，将其溶解在合适的有机溶剂中，加入适量的催化剂，使蒽醌烷发生氢化反应，释生成氢蒽醌，在空气作用下生成双氧水，同时将氢蒽醌还原成蒽醌烷。在实际生产过程中，可以向有机溶剂中加入水，将双氧水萃取出来，再通过不同的精制和浓缩方法，得到不同浓度和密度大小的双氧水溶液。蒽醌法生产双氧水的过程中，催化剂种类也是影响产品质量的关键因素，常用催化剂主要包括钯催化剂和镍催化剂两大类。其中，由于钯催化剂在该反应中对氢化过程有较强的选择性，且催化活性较高，可以大大提高双氧水的产量，是当前双氧水工业化生产用的最多的催化剂。
1.2 氢氧直接合成法
氢氧直接合成法是双氧水生产技术中应用时间最长的技术，在0-25℃温度范围内，2.9-17.3MPa压力下，以不含有任何有机容易的水作为反应溶液，在活性炭的催化作用下生产双氧水，该技术过氧化氢的产量约为15%。由于氢氧直接合成法工艺简单，不需要任何有机溶剂，生产成本较低，在双氧水生产领域得到了广泛的应用。
1.3 电解法
电解法也是双氧水生产中应用最早的方法。根据反应原料的差异，可以将电解法分为过硫酸钾法、过硫酸法以及过硫酸铵法，其中应用最多的方法是过硫酸铵法。电解法生产双氧水的过程是，首先将过硫酸铵溶液进行提纯，配制成所需浓度的溶液后加入到电解槽中，溶液先流经阴极室，再从阳极室中流出，再进行减压水解蒸馏，收集蒸馏液体后进行浓缩纯化，即可得到不同浓度的双氧水溶液。电解液中回收的残留溶液可以经过进一步提纯浓缩后重新返回电解槽中循环使用。
1.4氧阴极还原法
氧阴极还原法是在低压空气条件下，利用氧气在阴极电解还原反应生成双氧水的方法，其原料主要是水和空气。氧阴极还原法生产双氧水技术的关键点在于水溶液中氧气的浓度。标准大气压下，氧气很难在水中溶解，水中可以溶解氧气的比例约为3%。因此，制备性能优良的气体扩散电极，延长电极的使用寿命是氧阴极还原法生产双氧水技术的主攻方向。现阶段，研究人员主要以活性炭、碳黑以及石墨颗粒作为阳极材料，但效果差强人意。目前使用最多的阳极材料为低密度碳一碳复合材料，双氧水的生产效率较高。此外，开发可以连续进行电解的电解槽以及合适的双氧水提纯浓缩技术也是氧阴极还原法急需要解决的关键问题。
1.5 燃料电池法
燃料电池法的优势在于生产过程中不消耗任何电能，节约能源;在固体聚合物电解质膜的分隔作用下将氧气和氢气分离开，形成阴阳两个电极室，以免氢气发生爆炸。Yamaoaka和Otsuka利用Nafion117型离子膜，与氢组成电池阳极，选用五种材料与饱和氯化氢溶液接触后作为电池的阴极，调节阳极方向溶液pH值为1.1，在室温条件下，用导线将电池阴阳两极联通，即可产生电流，阴极生成的双氧水可以积累在阴极液中。
1.6 醇类酶催化氧化法
酶催化反应技术是用由低级醇类氧化法制备双氧水的方法，这是双氧水生产中的最新工艺，充分融合了化工生产技术和现代生物技术。低级醇类酶制备双氧水过程为向反应体系中加入水、烷醇（烷烯醇）以及甲醇氧化酶，使反应物在高压作用下发生氧化反应，在生物发酵剂的作用下将醇类物质转化成双氧水和醛类物质。反应过程中加入的生物发酵酶多数是从汉逊酵母中分离出来的，极易失去催化活性，延长生物发酵酶的使用寿命是该技术面临的主要问题。
2.双氧水的应用分析
现阶段，双氧水主要应用于医药工程、食品工程、造纸工业以及纺织制造、电子工业等领域。具体应用情况如下。
在纺织制造方面，双氧水主要用做漂白剂，例如床单、毛巾等漂白;在造纸工业中主要用于废纸脱墨;在环境保护领域，双氧水作为应用较为广泛的化学试剂，其自身不会对环境造成污染，还可以在废水处理方面发挥至关重要的作用。使用双氧水进行废水处理的领域主要是去味、除毒以及脱色等。双氧水在污染气体处理方面也有良好的应用效果，可以用于处理被有机物污染的土壤、地下水，在改善环境，保护生态平衡方面发挥着关键作用;在医药工程及食品工业领域，双氧水主要用于包装材料消毒、面包发酵脱色、乳制品发酵以及食品纤维脱色等领域。将双氧水浓度调整至3%以下，还可以用于医药产品消毒杀菌;在电子工业领域，双氧水和其它溶剂配制成清洗剂和抗腐蚀溶液，主要用于清洗仪器仪表和电镀加工等;在化工领域，双氧水的应用范围最为广泛，包括制备环氧化合物、过氧化合物以及过氧酸盐，作为催化剂等。
3.结语
综合以上观点来看，蒽醌法生产双氧水是当前最为成熟的一项技术，氢氧直接合成法成本低廉、操作步骤简单，但氢气和氧气混合有较大的爆炸风险，限制了该技术的应用。燃料电池法和醇类生物酶催化氧化技术具有反应条件温和、设备简单、操作方便等优点，但受到科技发展水平的限制，该技术目前还处于小试研究开发阶段，在生产领域的应用指日可待。电解法生产成本较高，且能源消耗量较大，但生产的双氧水产品纯度高，也具有较高的应用价值。在不同的行业领域，双氧水也发挥着不同的价值。与发达国家相比，我国在双氧水生产技术和应用领域还存在较大的差距，未来在双氧水是生产技术开发上，应该注重节能环保、提高生产效率和产品质量以及操作技术的安全性等。
参考文献：
[1]范新宇， 文飞. 双氧水生产技术现状及应用[J]. 化工管理， 2017（27）：3-5.
[2]景文珩， 汪朝晖， 徐南平， et al. 吸附-陶瓷膜集成技术在高纯过氧化氢生产中的应用研究[J]. 南京工业大学学报（自然科学版）， 2000， 22（02）：28-33.
[3]寇志豪， 朱爱萍， 苏广文， et al. 四丁基脲在蒽醌法制备过氧化氢工艺中的应用研究[J]. 化学推进剂与高分子材料， 2005（5）：21-25.
[4]陈文， 杨胜慰. 双氧水冷轧堆工艺的要素及应用探讨[J]. 印染， 1992（6）：17-20.
[5]郭文亮. 非硅过氧化氢漂白稳定剂的开发与应用研究[D]. 2015.
作者简介：
王小军，1987年5月出生，男，汉族，籍贯湖南郴州，目前就業在中石化长岭分公司化工部，工程师职称，2010年毕业于湖南大学 化工院 ;目前从事蒽醌法双氧水的生产和工艺管理。