提要：在陰極水溶液中添加非離子型催化劑的方法，極大地提高了氧在陰極還原反應中的傳質速度，并且有效地防止了HO-2離子進一步還原為OH-離子的副反應，使堿性H2O2水溶液和O2發(fā)生器（簡稱EOP發(fā)生器）順利地實現(xiàn)了工業(yè)化?！ ￡P鍵詞：H2O2/O2發(fā)生器；非離子型催化劑；使用成本 目前Cl2的使用費約是每噸1500元，在紙廠由Cl2制成Ca（ClO）2時，以每噸有效氯計算，約是每噸2000元。以此為標準，以相同的化學當量計（H2O2/Cl2為34/71），當H2O2的使用費降至每噸4170元（100%計）時，已和Ca（ClO）2相當。當H2O2的使用費降低至每噸3130元時，已和Cl2相當?！ ∮纱丝梢姡擧2O2（100%計）使用費降至每噸3000元以下時，在無氯漂白的流程中，EOP段的比重將會提高，從而達到無氯漂白的成本不高于原來的氯漂，本文介紹的EOP發(fā)生器可以實現(xiàn)這一目標?！ ? EOP發(fā)生器的技術路線 氧在陰極還原反應的研究，在80年代利用高表面積碳素的技術路線，其原理是：每克碳黑或活性碳擁有數(shù)十乃至上百平方米的表面積，用這類高表面積碳素和抗水劑混合，然后經(jīng)過成型、燒結制成陰極，利用其對氧的巨大吸附能力，防止氧的兩電子還原生成HO-2離子的反應出現(xiàn)極化，從而提高了發(fā)生器的電流密度，并且有效地防止了HO-2離子被進一步還原的副反應。該項技術路線的致命缺點是：一旦陰極的抗水性能下降，碳素的表面被淹死，壽命就終止了。因此上述方法難以進入工業(yè)化應用。 在陰極水溶液中添加非離子型催化劑的方法（中國發(fā)明專利94107429.3）的工作原理如圖1（略）。 由于非離子化合物不受陰極排斥，可以吸附在陰極上，由催化劑取代O2直接在陰極上得電子還原，因此顯著提高了氧的傳質速度。另外，催化劑還原反應的E比O2得電子的E顯著移向正方，所以有效地防止了HO-2離子的進一步還原。由表1可見，在不使用催化劑條件下，當電流密度提高時，各項指標均出現(xiàn)惡化。 在使用催化劑的條件下，當電流密度提高時，各項指標均良好。 表1 項 目不使用催化劑使用催化劑12345槽電壓 V 電流密度 A/m2陰極出H2O2濃度 g/l陰極出NaOH濃度 g/l堿比 NaOH/H2O2電流效率 %直流電耗 kWh/kgH2O2陰極能力 kgH2O2/m2h1.822.9917.1536.742.1491.53.130.1712.0144418.855.82.9867.54.690.1882.2164623.2576.523.2957.56.070.2322.0761834.8780.332.394.73.450.3822.48101938.4282.722.15993.950.64 如圖2（略）所示，為EOP發(fā)生器的流程示意圖。 本項技術路線的優(yōu)點是： ?。?）不使用純氧，只需送入低壓空氣（0.1MPa），因此設備簡單，運行費用也低； （2）不用高表面積碳素和抗水劑制造陰極，因此不存在陰極使用壽命問題； ?。?）非離子型催化劑不受陰極排斥，可吸附在陰極表面，因此水溶液中的濃度很低時（1×10-5mol/l），即可達到滿意的工作指標，故避免了回收催化劑的麻煩，使發(fā)生器順利地實現(xiàn)工業(yè)化應用?！ ? 發(fā)生器生產H2O2的成本 2.1 1997年在新疆博湖紙廠投產的2臺發(fā)生器，總生產能力是每日1.1tH2O2（100%計），其成本核算如表2。（未完待續(xù)）
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