基于四阴极自然空气扩散电极的双室反应器实现高效低能耗过氧化氢电合成（>2 wt%）

《Separation and Purification Technology》：2wt% H 2O 2 production in a dual-chamber generator with four natural air diffusion cathodes

本文报道了一种采用四阴极自然空气扩散电极（NADE）的新型双室过氧化氢（H2O2）电合成反应器。该设计通过同心管式阳极室结构，充分利用NADE无需外部曝气的优势，在抑制阳极氧化副反应的同时显著降低系统内阻。在20 mA/cm2电流密度下运行4小时，可获得23,951 mg/L（>2 wt%）的H2O2累积浓度，电流效率（CE）达98.1%，能耗（EEC）低至6.21 kWh/kg，且连续30周期运行稳定，为原位H2O2生产提供了经济高效的技术方案。

　　

章节亮点

化学品与NADE制备

本研究使用所有化学品均为分析纯。无水硫酸钠作为支持电解质购自天津光复，用于分隔电极室的阳离子交换膜（CEM，CMI-7000S）购自Membranes International Inc.。聚四氟乙烯（PTFE，60 wt%，上海赫森）、炭黑粉末（CB，上海赫森）和碳毡（CF，北京精龙）用于NADE制备。二乙烯三胺五亚甲基膦酸（DTPMPA，50%）作为H₂O₂稳定剂使用。

单室与双室反应器性能对比

图2a比较了不同电流密度下单室和双室反应器的H₂O₂产量。结果表明，在10、15和20 mA/cm²电流密度下，反应120分钟后，双室反应器的H₂O₂产量分别达到1495、2234和3129 mg。相比之下，单室反应器在相同条件下仅产生599、929和1172 mg。因此，双室反应器的H₂O₂产量是单室反应器的2.40-2.67倍。

结论

在本研究中，我们开发了一种用于H₂O₂电合成的多阴极双室反应器，与传统H型电解池相比，展现出优异的电流效率、更高的H₂O₂产率和更低的能耗。多阴极反应器的性能提升归因于对NADE的高效利用以及避免了消耗H₂O₂的阳极氧化反应。此外，反应器中阴极的并联配置也提升了整体性能。