[发明专利]一种阴阳极同步直接生产过氧化氢的电解槽

说明书

本发明公开了一种阴阳极同步直接生产过氧化氢的电解槽，包括阳极和阴极，所述阳极设置在电解槽的槽壁上，所述阳极包括半导体氧化物层和承载基板，半导体氧化物层覆盖在所述承载基板的导电膜上；所述阴极包括碳基材料及多孔道载体，所述碳基材料镶嵌于多孔道载体内，氧气通过多孔道载体内孔道均匀扩散到碳基材料表面。在可见光照射阳极或直接外加偏压的条件下，阳极室发生两电子水氧化反应生成过氧化氢，同时阴极室发生两电子氧还原反应生成过氧化氢。本发明的有益效果是：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，实现了阴阳极同步直接生产过氧化氢，大幅度提升了产品附加值，提高了电能利用效率，具有重要的工业应用价值。

技术领域

本发明涉及生产过氧化氢的电解装置技术领域，具体为一种利用氧阴极还原反应和水阳极氧化反应的阴阳极同步直接生产过氧化氢的电解槽。

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。过氧化氢通常分为工业级、食品级、试剂级和电子级，其中超净高纯电子级过氧化氢是半导体技术微细加工制作过程中不可缺少的关键性材料之一，主要用在芯片制造中研磨、氧化、刻蚀以及清洗等工序环节，其纯度严重影响集成电路的电性能、可靠性及成品率。

过氧化氢的工业生产方法有过氧化钡法、过硫酸铵法（电解法）、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，其总化学反应方程为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。目前，电子级过氧化氢是以蒽醌法生产的工业级过氧化氢为原料，再利用精馏、离子交换树脂、膜分离、超临界萃取等技术深度提纯获得。氧阴极还原法是一种电化学方法，在强碱性条件下阳极发生析氧反应（4OH^‒→ O₂ + 2H₂O + 4e^‒），阴极发生两电子氧还原反应（2O₂ + 2H₂O +4e^‒→ 2HO₂^‒+ 2OH^‒），总化学反应方程为O₂ + 2OH^‒→ 2HO₂^‒或O₂ + 2H₂O → 2H₂O₂；其优点是电流效率较高、可小规模现场生产，其缺点是阳极催化剂为贵金属Pt、RuO₂等，成本较高，生产的双氧水稳定性差（依据文献为：Gustaaf Goor et al., Hydrogen Peroxide inUllmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, Germany,2019）。