过氧化氢新型催化剂的研究

张青青

摘  要： 本文概述了过氧化氢催化分解的研究现状及进展，包括过氧化氢酶、仿酶、杂多酸盐、复合体系催化剂等高效能并能重复使用的研究状 况.最后指出了今后研究重点：开发新型环保、廉价、重复使用良好的催化剂。

关键词： 过氧化氢;催化分解;新型催化剂

1 过氧化氢概述

过氧化氢水溶液俗称双氧水，纯净的过氧化氢是无色透明的液体， 分子式H2O2 ，分子量34.01 ，比水略粘。过氧化氢是最简单的过氧化物， 是具有O-O单键的化合物，通常用作氧化剂，漂白剂和消毒剂。浓缩过 氧化氢是一高种活性氧氧化物，已被用作火箭中的推进剂。过氧化氢水 溶液在常温可以发生分解反应生成氧气和水，在加热或者加入催化剂后 能加快反应，快速分解，同时放出大量热。过氧化氢水溶液与许多无机 化合物或杂质接触后都会迅速分解，放出大量的热量、氧和水蒸气。大 多数金属（如铁、铜、银、铅、汞、锌、钴、镍、铬、锰等）及其氧化 物和盐类都是双氧水分解的活性催化剂，尘土、香烟灰、碳粉、铁锈等 也能加速分解。由于其不稳定性，过氧化氢通常与稳定剂一起储存在弱 酸性溶液中。世界上大约60%的过氧化氢生产用于纸浆和纸张漂白，第 二大工业应用是制造过碳酸钠和过硼酸钠，它们用作洗衣洗涤剂中的温 和漂白剂。用于生产各种有机过氧化物。过氧酸，例如过乙酸和间氯过 氧苯甲酸也通常使用过氧化氢制备，在某些废水处理过程中使用过氧化 氢去除有机杂质。这通过先进的氧化方法实现，例如芬顿反应，其用于 产生高反应性羟基。这些能够破坏通常难以除去的有机污染物，例如芳 族或卤代化合物。它还可以氧化存在于废物中的硫基化合物;这是有益 的，因为它通常会降低其气味。高浓度过氧化氢流，通常在40%以上， 由于浓缩的过氧化氢符合美国法规DOT氧化剂的定义，如果被释放到环 境中，被认为是危险的。过氧化氢应储存在阴凉，干燥，通风良好的地 方，远离任何易燃或易燃物质。应将其储存在由不反应性材料（如不锈 钢或玻璃）组成的容器中。因为暴露于光线时它会快速分解，所以应将 其储存在不透明的容器中，药物配方通常会进入阻挡光线的棕色瓶子。 工业规模生产过氧化氢的方法包括酸解过氧化物法、电解、水解法、蒽 醌法、异丙醇法、氢氧直接合成法、氧阴极还原法等。其中由于蒽醌法 具有安全高效等优点，蒽醌法是目前国内外生产过氧化氢的主要方法， 该法以2-烷基蒽醌（通常为2-乙基蒽醌）为载体，在钯（或镍）催化 剂作用下和氢气反应首先生成2-乙基氢蒽醌，后者被氧气氧化即可生成 2-乙基蒽醌和双氧水，再用高纯水萃取氧化后的工作液（即氧化液）中 的过氧化氢，得到过氧化氢水溶液（即双氧水）。经水萃取后的工作液 （即萃余液），经过后处理工序处理后再回到氢化工序继续循环使用。

2 过氧化氢在有机化工合成中的作用

过氧化氢（分子式： H 2O 2  ）是一种淡蓝色、无味的黏稠液体，熔 点-43℃，沸点150.2℃。在0℃时密度为1.4649kg/m3 。可以与水任意比例 相混溶，还能溶于许多有机溶剂，如醇、醚、酯和胺。过氧化氢分解时放 出大量热，同时生成水和氧。光和热能加速双氧水的分解。纯净的双氧水 溶液比较稳定，但浓度高于65%的双氧水与有机物接触易引起爆炸，可用 作炸药，更高浓度双氧水可用作火箭燃料或其组分。过氧化氢具有氧化性 和还原性。作为氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氧剂、聚合物引发剂和交联 剂，过氧化氢广泛应用于化工、纺织、造纸、军工、电子、医药、环境保 护等行业。

3 催化剂的使用现状

3.1  装置分析

在石油化工产业运行中，工业装置由反应单元、分硫单元以及吸收稳 定单元等工程组成。实际的设备装置使用中，其技术实际优势体现在以下 方面：第一，通过双剂串联技术的运用，可以一次通过加氢裂化工艺;第 二，反应单元主要采用炉子前部分混氢工艺;第三，分馏单元使用了脱硫 化氢塔以及常压塔，并设置硫化氢塔重沸炉以及分馏塔重沸炉;第四，设 备吸收稳定单元之后会利用重石脑油作为吸收剂;第五，使用干法硫化催化剂。所以，在石油化工催化材料使用的过程中，可以结合催化材料的制 备及筛选工艺，科学选择装置设备，使组合催化反应充分满足石油化工产 业的运行需求[1]。

3.2  催化剂品种

结合石油化工产业中的原油加工技术，催化剂选择中，应该根据原 油中环烷烃、芳烃含量及特点，对产品的生产要求进行分析，并结合生产 工艺难度大的特点，选择可行性的技术优势。以MHUG技术为例，对于该 技术而而言，这一装置系统可以改善煤油、柴油的质量，也会提高煤油烟 点，但是，在实际的使用中，为了提高柴油中的十六烷值，需要改善双环 及以上环状烃的结构，同时要避免裂化反应的发生。因此，在催化剂品种 选择中，需要选择脱氮性能以及芳烃饱和性能好的催化剂，充分满足石油 化工产业的运行及发展需求。

4 杂多酸及其盐

马惠敏等通过实验发现，十二钼磷酸对H2O2分解几乎无活性，而其盐 类（ Fe3+ 、Cu2+ 、Co2+ 、Mn2+  ）则都有很好的活性，认为活性种是杂多酸盐 的抗衡阳离子。如在杂多酸阴离子中引入V ，部分的取代钼，不仅催化剂 活性随V的取代数有规律地增加，而且，动力学曲线具有S-型特征，表明 反映中活性中心-阴离子中的钒和底物作用生成活性中间体。

5 复合体系催化剂

两种及两种以上物质组成，其中至少一种具有催化活性，另一种具 有促进作用，这样的催化剂叫复合体系催化剂。陈小斌等研究发现碘化钾 和钨酸钠一定比例混合物有着强烈的催化分解作用，其作用条件是在碱性 条件下进行，这些复合体系对过氧化氢的催化分解有着明显的共同促进效 果。分析出了催化剂对催化双氧水分解速度的影响。当碘化钾与钨酸钠 物质的量比为5  ∶5～6  ∶4时，催化活性最高。给出了催化反应的动力学方 程，计算得到反应的Arrhenius活化能Ea = 24.4，并对催化反应机理进行了 合理的推测。

6 结束语

随着人们绿色环保意识与要求的不断加强，对水电汽的节省，生产效率的提升等诸多要求，同时，有想要环保减少污染，还能催化分解过氧 化氢的物质中过氧化氢酶显然具备着诸多优点。但其缺点也显而易见，就 是成本高昂易失活等各种问题也让其在纺织等工业的大规模应用面临着困 难。满足人们诸多要求的又具有较好发展前景的模拟酶催化剂，还要有优 异的物理化学性质，并避免极易团聚影响其催化性能，若是小分子催化剂 要寻找良好的负载剂能有效地避开从反应体系中分离，进而能使催化剂能 反复使用。所以开发新型高效、环保、低温下具有催化活性并有优异的物 理化学性质、价格低廉、易得并能大规模应用到纺织等工业也就是今后研 究开发的重点。

参考文献：

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