[发明专利]一种可切换生产过氧化氢或氢气的双阴极电解槽

说明书

本发明公开了一种可切换生产过氧化氢或氢气的双阴极电解槽，包括阳极和双阴极，所述阳极设置在槽壁上；所述阳极包括氧化物单晶片和导电玻璃，所述氧化物单晶片负载在导电玻璃的导电膜上；所述双阴极包括第一阴极和第二阴极，其中第一阴极包括碳基材料及多孔道载体，第二阴极为镍基材料；双阴极采用程序控制进行切换，使第一阴极或第二阴极有且仅有一个处于工作状态。本发明所述电解槽充分结合了氧阴极还原法和钒酸铋法电解槽的优点，既可应用于需要氢气和过氧化氢的场景，也可应用于仅需要过氧化氢的场景，极大程度拓展了使用范围，具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明涉及生产过氧化氢的电解装置技术领域，具体为一种利用程序控制切换两个阴极工作状态，可以实现阳极生产过氧化氢和阴极生产氢气，或者阴阳极同步生产过氧化氢的可切换生产过氧化氢或氢气的双阴极电解槽。

背景技术

过氧化氢水溶液俗称双氧水，是一种重要的化工原料，具有清洁无污染特性，广泛应用于印染、造纸、环保、食品、化学合成以及半导体等行业。

在工业领域，过氧化氢的生产方法有过氧化钡法、过硫酸铵法、蒽醌法、异丙醇法以及氧阴极还原法等。其中，蒽醌法是当前国内外主流的工业生产方法，化学反应方程为H₂+ O₂ → H₂O₂，其优点是技术成熟，自动化控制程度高，原料成本和能耗较低，适合大规模生产，其缺点是存在原料（主要是氢气）供应瓶颈，生产工艺复杂，产物纯度较低。过硫酸铵法是一种电解法，化学反应方程为2H₂O → H₂O₂ + H₂，其优点是电流效率高、工艺流程短、产品质量高，其缺点是生产成本高，不适合大规模工业化生产，已于20世纪90年代淘汰。氧阴极还原法是一种电化学方法，化学反应方程为O₂ + 2H₂O → 2H₂O₂，其优点是电流效率较高、可小规模现场生产，其缺点是成本较高，产品稳定性差（依据文献为：Gustaaf Goor et al., Hydrogen Peroxide in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry,Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2019）。

在学术领域，过氧化氢的合成方法有氢氧直接合成法、等离子体法、微生物电化学法、水阳极氧化法、钒酸铋法等。其中，水阳极氧化法是一种电解法，化学反应方程为2H₂O→ H₂O₂ + H₂，其优点是产品纯度高，其缺点是选择性低、电流效率较低（依据文献为：Xinjian Shi et al., Nature Communications, 2017, 8: 701）。钒酸铋法是以钒酸铋单晶为核心催化剂的水阳极氧化法，可以最大程度增强水阳极氧化反应的催化活性和选择性，其优点是电流效率高、成本低、产品纯度高，其缺点是阴极析出的氢气附加值低且不便存储和利用（依据文献为：专利名称为《一种低成本生产高纯度过氧化氢和氢气的电解方法》，申请号为201610567960.5，发明人为李国岭的中国发明专利申请；利名称为《一种利用太阳能低成本生产过氧化氢和氢气的电解方法》，申请号为201610567956.9，发明人为李国岭的中国发明专利申请）。