[发明专利]一种高纯度双氧水及其生产方法

说明书

本发明公开一种高纯度双氧水，其TOC含量低于1000ppb。本发明还公开所述高纯度双氧水的生产方法，采用包括纯水和氧气为原料，包括电解工艺和蒸馏工艺，其中所述电解工艺采用氧化物单晶片作为电解槽的阳极材料，碳基材料作为阴极材料，将中性或碱性电解液加入电解槽，并在阴极通入高纯氧气后，在电解槽的阳极和阴极上外加偏压，使阳极发生两电子水氧化反应生成过氧化氢，同时阴极发生氧还原反应生成过氧化氢。本发明的有益效果是：高纯度双氧水中总有机碳含量可以忽略不计，通过蒸馏工艺高效率去除无机杂质，可以获得高品质的食品级和试剂级双氧水；工艺流程简单、生产成本低。

技术领域

本发明涉及精细化学品领域，具体为一种食品级和试剂级的高纯度双氧水及其电化学生产方法。

背景技术

双氧水(过氧化氢水溶液)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。双氧水的工业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，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，其缺点是存在原料供应瓶颈，生产工艺复杂，产物中含有大量的致癌物质，如蒽醌类有机杂质以及Pb、As等金属离子。

双氧水通常分为工业级、食品级、试剂级和电子级，对应典型杂质含量在GB/T1616-2014、GB22216-2020、GB/T6684-2002、HG/T5736-2020等国家标准里有相应规范。其中食品级、试剂级和电子级双氧水都属于无稳定剂的高纯度双氧水。食品级双氧水的过氧化氢含量为35wt％或50wt％，对致癌类物质含量有明确规定，例如要求不挥发物含量≤60ppm，典型金属离子含量Fe≤0.5ppm、As≤1ppm、Pb≤2ppm、Sn≤10ppm，总有机碳含量TOC≤80ppm。试剂级双氧水的过氧化氢含量为30wt％，可细分为优纯级、分析纯和化学纯，其中化学纯双氧水对杂质含量要求与食品级双氧水相近，而优纯级双氧水要求更高，具体为不挥发物含量≤25ppm，典型金属离子含量Fe≤0.1ppm、As≤0.5ppm、Pb/Cu/Ni≤20ppb。目前食品级和试剂级双氧水是以蒽醌法生产的工业级双氧水为原料，再利用精馏、离子交换树脂、膜分离、超临界萃取、吸附、重结晶等技术净化获得(林倩，张菊，王晓芳，罗新兵，食品级过氧化氢的应用及其净化技术，《食品科学》2006年第10期626-629页)。

除了依赖提纯技术，直接提高合成的双氧水原料纯度也是获得高纯度双氧水的一条重要途径。一种利用钒酸铋单晶阳极催化剂上发生两电子水氧化反应的电化学方法,简称钒酸铋法或单晶电催化法，有希望提供成本低、纯度高的双氧水原料(依据文献为：发明人李国岭申请的专利名称为《一种低成本生产高纯度过氧化氢和氢气的电解方法》，专利申请号为201610567960.5的中国发明专利申请)。另一种利用阴极催化剂上发生两电子氧还原反应的电化学方法，即氧阴极还原法，也有希望提供成本低、纯度高的双氧水原料(依据文献为：Gustaaf Goor et al.,Hydrogen Peroxide in Ullmann's Encyclopedia ofIndustrial Chemistry,Wiley-VCH,Weinheim,Germany,2019)。

与蒽醌法相比，钒酸铋法和氧阴极还原法所需原料(水和氧气)价格低廉、供应充足且纯度可控性好，因此生产的双氧水纯度更高。但电化学方法也存在技术劣势，比如钒酸铋法阴极析出的氢气附加值低、氧阴极还原法阳极需要使用贵金属铂等。如果能够充分发挥电化学方法的原料优势并解决氧阴极还原法阳极或钒酸铋法阴极存在的技术劣势，进一步降低生产成本，那么电化学方法有希望替代蒽醌法生产更高品质的双氧水原料，有效降低高纯度双氧水的提纯成本。

发明内容

本发明目的是针对上述现有技术存在的不足，在基于钒酸铋法和氧阴极还原法的基础上，提供一种用于生产包括食品级和试剂级的高纯度双氧水及其生产方法。