一种利用低价态元素钼和钯高效自发制备H2O2的方法

本发明属于过氧化氢制备，具体涉及一种利用低价态元素钼和钯高效自发制备h2o2的方法。

背景技术：

1、过氧化氢(h2o2)被认为是最绿色和环保的氧化剂之一，被广泛应用于消毒杀菌、化学合成、环境修复、造纸和燃料电池等领域。h2o2的主流制备技术主要有蒽醌工艺、电催化法、光催化技术和氢氧直接合成法。目前全球95％以上的h2o2都来源于蒽醌工艺，但该工艺能耗高，需要复杂的仪器设备和化学试剂，且产生的h2o2不能原位使用，具有一定的安全生产风险。

2、原位产生并满足原位利用的h2o2制备技术因无需储存和运输h2o2、无需担心h2o2分解、无需稀释h2o2而受到人们的广泛关注和喜爱。目前，光催化技术、电催化方法和氢氧直接合成法都可以有效原位产生h2o2。其中，光催化技术是利用太阳光激发半导体产生光生电子还原氧气制备h2o2，但该技术光生电子-空穴对复合严重，产生的h2o2浓度较低，并且受天气、水体色度、时差等因素的影响。比如，中国发明专利cn 113181945 b公开了一种高效产过氧化氢的复合光催化剂的制备方法，但该催化剂在模拟太阳光下的h2o2产率只有57μmolg-1h-1，远低于实际应用的需求。电催化方法是利用阴极将氧气还原为h2o2或者利用阳极将水氧化为h2o2的技术。虽然电催化技术产生的h2o2浓度较高，能满足实际应用的需求，但电催化技术需要复杂的仪器设备、电极材料、电解液和宝贵的电力资源。比如，中国发明专利cn 116676620 a公开了一种co单原子催化剂的制备方法及其在电催化氧还原生产h2o2中的应用。但该催化剂为单原子材料，制备困难；h2o2的产生以硫酸作为电解液，容易腐蚀仪器设备；工作电压为0.06v，耗能高。氢氧直接合成法是利用氢气和氧气在贵金属催化剂的作用下直接生成h2o2的技术，该技术制备的h2o2浓度高，但生产费用昂贵且存在安全生产隐患。

3、综上可见，光催化方法、电催化技术和氢氧直接合成法在原位制备h2o2方面都存在诸多缺陷。因此，迫切需要开发一种新型、安全、高效、环保并且可持续的h2o2原位制备技术。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种利用低价态元素钼和钯高效自发制备h2o2的方法，该方法具有无需光电能源输入、设备简单、成本低廉、环境友好、不受天气影响、不受场地限制、适用于广泛实际水体等优点，具有很高的实际应用价值。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、本发明提供了一种利用低价态元素钼和钯高效自发制备h2o2的方法，具体为：在有氧水体中加入钼粉和钯离子，利用钼粉将水体中的钯离子还原为钯单质并负载在钼粉表面，然后以钼粉作为载体和电子供体，以钯单质作为活性位点，通过钼粉与钯单质之间的协同作用将水体中的氧气还原为h2o2。

4、本发明利用mo/pd2+体系还原氧气产生h2o2的方法，h2o2的产率高达10059.7μmol·g-1·h-1，高于目前报道的大部分光催化剂(超过10000μmol·g-1·h-1的光催化剂极少)。更重要的是，本发明制备h2o2的方法是在自然条件下发生的自发反应，无需输入光电能源，也无需添加复杂的化学试剂，只要有氧气即可产生。因此，本发明方法具备方便快捷并高效制备h2o2的优异特性。

5、优选地，所述有氧水体中的溶解氧浓度为8.2～29.8mg/l。其中，8.2mg/l是空气氛围中的溶解氧饱和溶度，29.8mg/l是氧气氛围中的溶解氧饱和浓度。

6、优选地，所述钼粉的投加量为0.2～1.5g/l。

7、优选地，所述钯离子的来源包括氯化钯，所述钯离子的浓度为0.2～2mm。

8、优选地，所述水体包括超纯水、自来水、湖水、河水、海水。虽然自来水、湖水、河水、海水的干扰离子会在很大程度上干扰mo/pd2+体系的活性，但其依然能够在无光电能源输入的条件下将实际水体中的氧气转化为h2o2，为h2o2的制备提供了新的更方便有效的方法。

9、优选地，所述有氧水体的ph值范围为ph2～ph10。本发明利用mo/pd2+体系还原氧气产生h2o2的方法适用于宽广的ph范围(ph2-ph10)，进而可以克服在中性和碱性条件下难以产h2o2的科学难题。

10、本发明第二方面提供了一种用于制备h2o2的催化剂，所述催化剂包括钼粉和钯离子。

11、本发明第三方面提供了第二方面所述的催化剂在降解有氧水体中的环境污染物中应用。

12、过氧化氢(h2o2)一种强氧化剂，可用于降解环境中的污染物，由于本发明利用mo/pd2+体系还原氧气产生h2o2的方法属于原位自发反应，因此可以直接原位应用于环境污染物的降解和去除。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、本发明公开了一种利用低价态元素钼和钯高效自发制备h2o2的方法，在有氧水体中加入钼粉和氯化钯，利用钼粉强的还原能力，将溶液中的钯离子还原为钯单质并负载在钼粉表面，以钼粉作为载体和电子供体，钯单质作为活性位点，通过钼粉与钯单质之间的协同作用将自然界中广泛存在的氧气还原为h2o2。本发明具有以下优点：

15、(1)本发明利用mo/pd2+体系还原氧气产生h2o2的方法属于在自然条件下发生的自发反应，无需消耗宝贵的电力能源，也无需添加其它的螯合剂或者化学试剂，只需氧气即可。

16、(2)本发明利用mo/pd2+体系还原氧气产生h2o2的方法，具有成本低廉、环境友好、来源广泛、不受天气影响、可全天候运行、可在宽广ph条件下运行、可在实际自然水体中运行等优点。

17、(3)本发明利用mo/pd2+体系还原氧气产生h2o2的方法，h2o2的产率高达10059.7μmol·g-1·h-1，可直接原位应用于环境污染物的降解和去除。

技术特征：

1.一种利用低价态元素钼和钯高效自发制备h2o2的方法，其特征在于，在有氧水体中加入钼粉和钯离子，利用钼粉将水体中的钯离子还原为钯单质并负载在钼粉表面，然后以钼粉作为载体和电子供体，以钯单质作为活性位点，通过钼粉与钯单质之间的协同作用将水体中的氧气还原为h2o2。

2.根据权利要求1所述的一种利用低价态元素钼和钯高效自发制备h2o2的方法，其特征在于，所述有氧水体中的溶解氧浓度为8.2～29.8mg/l。

3.根据权利要求1所述的一种利用低价态元素钼和钯高效自发制备h2o2的方法，其特征在于，所述钼粉的投加量为0.2～1.5g/l。

4.根据权利要求1所述的一种利用低价态元素钼和钯高效自发制备h2o2的方法，其特征在于，所述钯离子的来源包括氯化钯，所述钯离子的浓度为0.2～2mm。

5.根据权利要求1所述的一种利用低价态元素钼和钯高效自发制备h2o2的方法，其特征在于，所述水体包括超纯水、自来水、湖水、河水、海水。

6.根据权利要求1所述的一种利用低价态元素钼和钯高效自发制备h2o2的方法，其特征在于，所述有氧水体的ph值范围为ph2～ph10。

7.一种用于制备h2o2的催化剂，其特征在于，所述催化剂包括钼粉和钯离子。

8.权利要求7所述的催化剂在降解有氧水体中的环境污染物中应用。

技术总结
本发明属于过氧化氢制备技术领域，具体涉及一种利用低价态元素钼和钯高效自发制备H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;的方法。往有氧水中加入钼粉和氯化钯，利用钼粉强的还原能力，将溶液中的钯离子还原为钯单质并负载在钼粉表面，以钼粉作为载体和电子供体，钯单质作为活性位点，通过钼粉与钯单质之间的协同作用将自然界中广泛存在的氧气还原为H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;。本发明制备H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;的方法是在自然条件下发生的自发反应，无需输入光电能源，也无需添加复杂的化学试剂，只要有氧气即可产生，具备方便快捷并高效制备H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;的优异特性。

技术研发人员：胡卓锋,郑宁超,韩乔郅,张子语,汪子枨,王奕杰,钟瀚宇,朱晴,谢伟乔,王小丽
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16