陈 芳,吴 勇,朱兆连,吴琴琴,连洲洋,王海玲

(南京工业大学 环境科学与工程学院 江苏省工业节水减排重点实验室,江苏 南京 211800)

H2O2无色、无味,分解产物仅含有H2O和O2,是一种典型的环境友好型强氧化剂,被广泛应用于化工、纺织、医药、造纸和环境保护等行业,预计到2024年H2O2市场规模将超过63亿美元[1-4]。蒽醌法技术成熟、能耗少、成本低,是工业上制取H2O2最普遍的方法,但该法存在诸多缺陷,如生产步骤多、系统复杂,副产物和“三废”较多[5-6],生产过程中需要用到爆炸危险性极高的H2等[2]。由于H2O2遇到金属易分解,在接触有机物及还原性物质时容易引起爆炸[2,7],如美国特拉华州联合信号工厂的废水储箱就曾因H2O2发生过爆燃[8]。因此,H2O2在生产、运输和储存过程中都具有很大的安全风险,亟需更安全可靠的原位产H2O2的技术[9]。

在酸性条件下,O2可以在阴极表面通过二电子还原生成H2O2[10](式(1)),这种原位产H2O2的方法具有便捷、环保、易操控等优势,近几年受到越来越多研究者的关注。

O2+2H++2e-→H2O2

(1)

阴极材料对原位还原产H2O2的效率和能耗影响很大[11-12]。例如,陈阳[13]采用聚四氟乙烯(PTFE)和碳纳米管混合并超声浸渍对石墨毡进行改性,改性电极电解60 min的H2O2产量从9.96 mg/L增加到254.55 mg/L。朱英实[14]利用泡沫Cu电极作为阴极,有效提高了H2O2的产量和电流效率。陈丹丹[15]利用循环伏安法分别将掺杂有蒽醌-2,6-磺酸钠、中性红和核黄素的聚吡咯膜修饰到碳纸电极上制成不同的改性电极,H2O2产量分别提高到6.13、2.51和3.74 mg/L。郁青红等[16]采用自制的石墨/PTFE气体扩散电极在Na2SO4溶液中电解产H2O2,产量可达60 mg/L,电流效率达60%以上。……