[发明专利]一种利用水下鼓泡多模式放电合成过氧化氢的装置

说明书

本发明公开了一种利用水下鼓泡多模式放电合成过氧化氢的装置，包括通气室、绝缘体密封塞、金属长针电极、顶盖、反应瓶、底部地电极、高压电源，所述通气室的顶部设置有开口并与绝缘体密封塞连接，所述金属长针电极贯穿绝缘体密封塞并插入通气室内，且通气室顶端侧壁设置有进气口，所述进气口固定连接通气管，所述通气管的另一端固定连接质量流量控制器，通气室贯穿顶盖并插入反应瓶内部，所述底部地电极位于反应瓶底部，本发明的有益效果：本发明可实现单一辉光放电模式和混合放电模式的双模式放电，利用气压在内部形成气相空间，放电产生的等离子体由气泡带入液相中，能够有效降低传质损耗，提高等离子体利用率，能够迅速制取过氧化氢溶液。

技术领域

本发明涉及过氧化氢制备技术领域，具体是一种利用水下鼓泡多模式放电合成过氧化氢的装置。

背景技术

作为一种重要的工业生产必需品，过氧化氢的生产能力和生产效益影响到了后续所有的工业生产流程。传统的过氧化氢制备方法包括了蒽醌法、H₂/O₂贵金属催化法、H₂/O₂燃料电池法等，但这些方法都存在着一定的局限性，例如蒽醌法设备投资大，能耗高，仅适合大规模生产，并且存在着有机物污染；H₂/O₂贵金属催化法需要H₂和O₂直接接触，存在着爆炸风险和一系列副反应；而H₂/O₂燃料电池法产生的H₂O₂浓度低且电极成本高。等离子体是一种高效的分子活化手段，在等离子体环境中可以发生很多常规条件下难以进行的物理化学反应。气液放电是一种常见的产生低温等离子体的方式，已被广泛应用于污水处理、杀菌消毒和化学品合成等领域。

目前已有的利用等离子体制备过氧化氢的装置按生产原料的不同可分为以H₂和O₂为原料和以H₂O为原料的两种。

以H₂和O₂为原料合成过氧化氢从原子经济性的角度来看是最为理想的合成路线。以H₂和O₂为原料合成过氧化氢的装置，如专利CN 101759154A所提出的一种利用H₂和O₂合成过氧化氢的装置和方法，该装置通过增设冷却区，将氢气区和氧气区分离并分步反应来提高制备过程的安全性。但仅将氢气电离并通过压力差将活性氢等离子体喷入氧气区不能保证反应的充分进行，等离子体利用率低。同时装置复杂性的增加带来的是生产成本的大幅增加。

以H₂O为原料合成过氧化氢原料成本低廉，无爆炸风险，反应安全性高。如专利CN108147371A和CN 108212047A中所述的利用电晕放电合成双氧水的装置和方法，利用超声波雾化器将水雾化并向上经过平行交叠放置的正负电极层之间产生电晕放电，产物经过气液分离和冷凝后得到过氧化氢。虽然雾化的水滴相较于纯液相比较容易放电，但电晕放电的强度较低，放电能够合成的过氧化氢比较少且当水雾凝聚在电极层上形成水珠时会对放电产生较大的影响。同时，超声波雾化器的使用和冷凝过程使得生产工序繁琐，生产成本也大大增加。

不仅如此，因为对纯液相水放电的难度较大，目前以H₂O为原料生产H₂O₂的装置所采用的放电形式主要是对雾化的水滴放电或对水蒸气放电。如专利CN 205603215U所提出对雾化水放电制备过氧化氢的装置，利用超声波雾化器产生水雾，利用入气孔、出气导流风扇和装置整体封闭的结构，形成一个从下向上的气流，经过电极之间发生介质阻挡放电并产生等离子体。但水雾中的放电均匀性较差，同时超声波雾化器和导流风扇的使用增加了装置复杂性和生产成本。专利CN 107207253B提出的一种对空气-液体流或蒸汽放电合成过氧化氢的装置，利用空心转子来产生冷蒸汽，提高了放电稳定性和均匀性。但电晕放电强度较弱，过氧化氢产率较低且装置成本高昂，应用场景有限。

发明内容