CN101759154A - 一种等离子体合成过氧化氢的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种等离子体合成过氧化氢的装置和方法，属于等离子体合成化学品技术领域。包括中心电极、隔离壁、喷嘴电极和冷却套筒；通入冷却剂冷却接通电源；通入氢气，在中心电极和喷嘴电极之间形成等离子体放电场，此时氢气发生电离，形成活性氢等离子体；通入氧气，保持氢气压力高于氧气；活性氢等离子体喷入氧气区，活性氢等离子体和氧气反应生成过氧化氢，过氧化氢由过量的氧气通过排出口由水吸收，得到过氧化氢的水溶液，再经处理得到过氧化氢。本发明提高过氧化氢的产率，氧气不会受到电场激发，避免了生成大量的活性氧，从而减少了水的生成；可以现场制备高纯度过氧化氢，满足工业、医疗、航天、军工等行业的使用。

Description

一种等离子体合成过氧化氢的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种等离子体合成过氧化氢的装置和方法，属于等离子体合成化学品技术领域。
背景技术
过氧化氢被誉为绿色氧化剂和最清洁的化工产品，在液晶制造、电子芯片制造、化工、纺织、造纸、医药卫生和军工等方面有着广泛的用途。
目前，生产过氧化氢的工艺方法主要是葸醌法，年产量已达数百万吨，但是由于涉及葸醌和有机溶剂的使用，生产存在一定的污染，过氧化氢产品杂质含量较高，运输高浓度过氧化氢有相当的危险性。
很多新的生产过氧化氢的工艺方法不断被研制，如专利文献US6432376(2002)中介绍一种用钯膜作催化剂催化氢、氧合成过氧化氢地的方法；国内专利ZL200310105210.9介绍了采用介质阻挡放电等离子法室温下直接合成过氧化氢的装置和方法，该专利采用线筒式结构，以金属线作为放电电极，以循环水或盐溶液作为接地极，循环水可带出电热，以玻璃筒壁为阻挡介质，接通电源时，在玻璃筒壁上发生等离子放电，使流过的爆炸限内的氢氧混合气变成活性离子，进而生成过氧化氢。
用钯膜作催化剂催化氢、氧合成过氧化氢的方法，存在产率较低、控制困难、钯膜容易中毒等缺点，一直未能工业化应用。介质阻挡放电等离子法室温下直接合成过氧化氢的装置和方法，由于需要使用氢氧混合气，因此必须控制氢、氧气体的比例在爆炸极限内，即氢气浓度为94％～100％，氧气浓度为0％～6％，该方法在配置混合气的时候存在一定的爆炸危险，此外，由于氢、氧气体的比例差距较大，活性物种利用率低，过氧化氢的产率也较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种等离子体合成过氧化氢的装置和方法，利用该方法可以高效、安全地制备高纯度过氧化氢。
本发明是通过下述技术方案实现的。
本发明的一种等离子体合成过氧化氢的装置，该装置为同轴套管式反应器包括中心电极、隔离壁、喷嘴电极和冷却套筒；中心电极的外侧为隔离壁，中心电极与隔离壁的包围的区域为氢气区，在氢气区的顶端有氢气进气口；在隔离壁的外层有喷嘴电极，在喷嘴电极的外侧为冷却套筒，冷却套筒的内壁与喷嘴电极包围的区域为氧气区，在氧气区的顶端有氧气进气口，在氧气区的底端有排出口；冷却套筒的内壁和外壁之间的区域为冷却区，在冷却区的底端为冷却剂进口，在冷却区的顶端为冷却剂出口；
一种等离子体合成过氧化氢的方法，其具体步骤为：
1)在等离子体合成过氧化氢的装置中通入惰性气体，清楚内管中的空气，同时通入冷却剂从冷却剂进口进入冷却套筒中并从冷却剂出口排出冷却套筒，在冷却区内达到冷却的效果；并接通电源；
2)此时通过氢气进气口向氢气区内通入氢气，通过高电压给中心电极和喷嘴电极通电，则在中心电极和喷嘴电极之间形成等离子体放电场，此时氢气区内的氢气受到电场的作用发生电离，形成活性氢等离子体；
3)通过氧气进气口向氧气区内通入氧气，保持氢气压力高于氧气；
4)活性氢等离子体在压力的作用下从隔离壁上的喷嘴中喷入氧气区，活性氢等离子体和氧气反应生成过氧化氢，过氧化氢由过量的氧气通过排出口由收集器中的水吸收，得到过氧化氢的水溶液，再经处理得到过氧化氢；
上述的同轴套管式反应器还可以为2层或2层以上隔板式反应器。
有益效果
本发明提高过氧化氢的产率，氧气不会受到电场激发，避免了生成活性氧，从而减少了水的生成；此外，当原料氢气、氧气纯度高时，可以现场制备高纯度过氧化氢，满足工业、医疗、航天、军工等行业的使用。
附图说明
图1为本发明的同轴套管式反应器的结构示意图；
图2为本发明的2层隔板式反应器的结构示意图；
其中，1-氢气区、2-中心电极、3-隔离壁、4-冷却剂进口、5-冷却套筒、6-冷却区、7-氧气区、8-喷嘴电极、9-高电压、10-氢气进气口、11-氧气进气口、12-冷却剂出口、13-排出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种等离子体合成过氧化氢的装置，如图1所示，该装置为同轴套管式反应器包括中心电极2、隔离壁3、喷嘴电极8和冷却套筒5；中心电极2的外侧为隔离壁3，中心电极2与隔离壁3的包围的区域为氢气区1，在氢气区1的顶端有氢气进气口10；在隔离壁3的外层有喷嘴电极8，在喷嘴电极8的外侧为冷却套筒5，冷却套筒5的内壁与喷嘴电极8包围的区域为氧气区7，在氧气区7的顶端有氧气进气口11，在氧气区7的底端有排出口13；冷却套筒5的内壁和外壁之间的区域为冷却区6，在冷却区6的底端为冷却剂进口4，在冷却区6的顶端为冷却剂出口12；
一种等离子体合成过氧化氢的方法，其具体步骤为：
1)在等离子体合成过氧化氢的装置中通入惰性气体，清楚内管中的空气，同时通入冷却水从冷却剂进口4进入冷却套筒5中并从冷却剂出口12排出冷却套筒5，在冷却区6内达到冷却的效果；并接通电源；
2)此时通过氢气进气口10向氢气区1内通入氢气，通过高电压9给中心电极2和喷嘴电极8通电，则在中心电极2和喷嘴电极8之间形成等离子体放电场，此时氢气区1内的氢气受到电场的作用发生电离，形成活性氢等离子体；
3)通过氧气进气口11向氧气区7内通入氧气，保持氢气压力高于氧气；
4)活性氢等离子体在压力的作用下从隔离壁3上的喷嘴中喷入氧气区7，活性氢等离子体和氧气反应生成过氧化氢，过氧化氢由过量的氧气通过排出口13由收集器中的水吸收，得到过氧化氢的水溶液，再经处理得到过氧化氢。
实施例2
一种等离子体合成过氧化氢的装置，如图2所示，该装置为2层隔板式反应器包括中心电极2、隔离壁3、喷嘴电极8和冷却套筒5；中心电极2的外侧为隔离壁3，中心电极2与隔离壁3的包围的区域为氢气区1，在氢气区1的顶端有氢气进气口10；在隔离壁3的外层有喷嘴电极8，在喷嘴电极8的外侧为冷却套筒5，冷却套筒5的内壁与喷嘴电极8包围的区域为氧气区7，在氧气区7的顶端有氧气进气口11，在氧气区7的底端有排出口13；冷却套筒5的内壁和外壁之间的区域为冷却区6，在冷却区6的底端为冷却剂进口4，在冷却区6的顶端为冷却剂出口12；
一种等离子体合成过氧化氢的方法，其具体步骤为：
1)在等离子体合成过氧化氢的装置中通入惰性气体，清楚内管中的空气，同时通入冷却水从冷却剂进口4进入冷却套筒5中并从冷却剂出口12排出冷却套筒5，在冷却区6内达到冷却的效果；并接通电源；
2)此时通过氢气进气口10向氢气区1内通入氢气，通过高电压9给中心电极2和喷嘴电极8通电，则在中心电极2和喷嘴电极8之间形成等离子体放电场，此时氢气区1内的氢气受到电场的作用发生电离，形成活性氢等离子体；
3)通过氧气进气口11向氧气区7内通入氧气，保持氢气压力高于氧气；
4)活性氢等离子体在压力的作用下从隔离壁3上的喷嘴中喷入氧气区7，活性氢等离子体和氧气反应生成过氧化氢，过氧化氢由过量的氧气通过排出口13由收集器中的水吸收，得到过氧化氢的水溶液，再经处理得到过氧化氢。

Claims (3)

1.一种等离子体合成过氧化氢的装置，其特征在于：该装置为同轴套管式反应器包括中心电极(2)、隔离壁(3)、喷嘴电极(8)和冷却套筒(5)；中心电极(2)的外侧为隔离壁(3)，中心电极(2)与隔离壁(3)的包围的区域为氢气区(1)，在氢气区(1)的顶端有氢气进气口(10)；在隔离壁(3)的外层有喷嘴电极(8)，在喷嘴电极(8)的外侧为冷却套筒(5)，冷却套筒(5)的内壁与喷嘴电极(8)包围的区域为氧气区(7)，在氧气区(7)的顶端有氧气进气口(11)，在氧气区(7)的底端有排出口(13)；冷却套筒(5)的内壁和外壁之间的区域为冷却区(6)，在冷却区(6)的底端为冷却剂进口(4)，在冷却区(6)的顶端为冷却剂出口(12)。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体合成过氧化氢的装置，其特征在于：同轴套管式反应器还可以为2层或2层以上隔板式反应器。
3.一种等离子体合成过氧化氢的方法，其特征在于其具体步骤为：
1)在等离子体合成过氧化氢的装置中通入惰性气体，清楚内管中的空气，同时通入冷却剂从冷却剂进口(4)进入冷却套筒(5)中并从冷却剂出口(12)排出冷却套筒(5)，在冷却区(6)内达到冷却的效果；并接通电源；
2)此时通过氢气进气口(10)向氢气区(1)内通入氢气，通过高电压(9)给中心电极(2)和喷嘴电极(8)通电，则在中心电极(2)和喷嘴电极(8)之间形成等离子体放电场，此时氢气区(1)内的氢气受到电场的作用发生电离，形成活性氢等离子体；
3)通过氧气进气口(11)向氧气区(7)内通入氧气，保持氢气压力高于氧气；
4)活性氢等离子体在压力的作用下从隔离壁(3)上的喷嘴中喷入氧气区(7)，活性氢等离子体和氧气反应生成过氧化氢，过氧化氢由过量的氧气通过排出口(13)由收集器中的水吸收，得到过氧化氢的水溶液，再经处理得到过氧化氢。
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