Nieuws

Makkelijke waterstofperoxideproductie

In plaats van de traditionele, lastige productie van waterstofperoxide kun je ook gewoon waterstof en zuurstof laten reageren via twee elektrochemische halfcelreacties, claimen onderzoekers in Science.

Traditioneel maakt de industrie H2O2 met het antrachinonproces. Het is een indirecte, energiebehoeftige en afvalstoffenproducerende productie en dat moet beter kunnen, aldus Chuan Xia, Yang Xia, Haotian Wang en collega’s van de Department of Chemical and Biomolecular Engineering van de Rice University. Elektrosynthese lijkt een makkelijker, schoner en veiliger alternatief, pleiten ze in hun publicatie.

In de elektrochemische cel kun je de aangeleverde zuurstof en waterstof gescheiden houden – wat ontploffingsgevaar uit de weg neemt – en apart laten reageren in een redoxreactie. Dat ging al wel met specifieke katalysatoren, maar je hebt dan toch extra zuiveringsstappen nodig. De Rice-onderzoekers hebben daarom een vast poreus elektrolyt ontworpen dat directe elektrosynthese van zuivere H2O2-oplossingen verwezenlijkt, in concentraties van 0,3 tot 20 % op basis van gewicht.

In het gepubliceerde systeem (zie afbeelding) laat je de H2 en O2 door een gasdiffusielaag stromen met daarachter een katalysator die de halfreactie laat verlopen. Voor H2 is dat de waterstofoxidatiereactie (HOR), die waterstofgas omzet in protonen, en voor O2 is dat de 2 e-zuurstofreductiereactie (2e-ORR), die zuurstof omzet in HO2. Daar weer achter bevindt zich een anion of cation exchange-membraan, met in het midden van het systeem het vast poreus elektrolyt, die de combinatie van H+ en HO2 vergemakkelijkt. Tegelijkertijd stroomt er door het midden gedemineraliseerd water doorheen. Afhankelijk van hoe snel je dat laat stromen en hoeveel HO2 je produceert, kun je zuivere geconcentreerde of juist sterk verdunde H2O2-oplossingen maken.

Voor een goede en efficiënte conversie heb je de juiste katalysatoren nodig. Voor de HOR was dat geen moeilijke keuze: platina op koolstof is nog steeds de beste keus voor deze reactie. Nu zijn de katalysatoropties voor de 4e-ORR goed gedocumenteerd, maar de hier gekozen 2e-variant is minder bestudeerd. Daarom ontwikkelden Wang en collega’s een eigen katalysator.

Daarvoor startten ze met carbon black. Dat behandelden ze met salpeterzuur, waardoor het nanomateriaal functionaliteiten als ethers, alcoholen en carbonzuren kreeg. Na optimalisatie besloten de onderzoekers om het zuurstofgehalte op het oppervlak op 10 % te houden, wat zorgde voor een maximale H2O2-omzetting van rond de 98 % en stroompjes van ongeveer 300 mA/cm2. De onderzoekers verwachten dat het systeem ook voor andere vloeistoffen te gebruiken is.

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van C2W.

Meld je nu aan!

Wordt abonnee/lid

Logo KNCV

Sluit nu een abonnement af of word lid van de KNCV en ontvang elke week het laatste nieuws, digitaal of op papier. 

Sluit nu een abonnement af!