吴琴琴,朱兆连,王凤婷,吴 勇,王 康,徐 丹,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)

过氧化氢(H2O2)分解时仅产生H2O和O2,不存在二次污染,是一种绿色环保的化学品,被广泛应用于工业漂白、废水处理、化学合成和燃料电池等众多领域[1]。目前,全球95%的H2O2是通过蒽醌法制备,但是该法生产工艺复杂[2],且存在排放废气(均三甲苯异构体)、废水(含有芳烃、2-乙基蒽醌、磷酸三辛酯、叔丁基脲和K2CO3)和废渣(含有Al2O3)等问题。蒽醌法生产的H2O2质量分数通常在30%左右,如此高浓度的H2O2在运输、储存等环节存在分解爆炸的风险[3]。实际上,除了航天工业和电子行业需要高浓度的H2O2外,大部分行业对H2O2浓度要求不高,例如工业漂白用的H2O2质量分数通常低于9%[4],环保行业所需的H2O2质量分数一般低于0.1%[5]。

氧气阴极还原法生产的H2O2浓度虽然没有蒽醌法高,但是可以在常温常压下原位生产,工艺安全、清洁、无污染[6],发展和应用前景广阔[7]。与常用的Pt、Pd等贵金属电极材料相比,碳材料价廉易得,且具有比表面积高和化学稳定性强等优点,成为研究的热点。Zhou等[8]采用质量分数10%的水合肼对石墨毡进行改性,得到的阴极电催化活性最高,H2O2最高产量达到247.2 mg/L,是相同工艺条件下未改性石墨毡的2.6倍。Khataee等[9]发现在通入空气的条件下,碳纳米管修饰石墨能够产生120.2 μmol/L的H2O2,分别是石墨的7倍和活性炭修饰石墨的3倍。Ding等[10]通过三聚氰胺和硼酸改性制备掺杂氮和硼的石墨毡,在最佳实验条件下反应4 h,H2O2产量达到152.8 mg/L。……