新的工艺可以使过氧化氢在偏远地区使用

过氧化氢是一种有用的通用消毒剂，在发达国家的大多数药柜里都能找到。但在发展中国家的偏远村庄，它可能在健康和卫生方面发挥重要作用，因此很难获得。

现在，麻省理工学院开发的一种工艺可以制造出一种简单、便宜、便携的设备，它可以从空气、水和电中持续产生过氧化氢，为伤口、食品加工表面甚至供水提供一种消毒方法。

麻省理工学院的学生Alexander Murray、Sahag Voskian、Marcel Schreier以及麻省理工学院的教授T. Alan Hatton和Yogesh Surendranath本周在《焦耳》杂志上发表的一篇论文中描述了这种新方法。

即使在低浓度下，过氧化氢也是一种有效的抗菌剂，在完成其杀菌功能后，它会分解成白水，这与氯等其他物质形成对比，氯会在其生产和使用过程中产生不需要的副产品。

过氧化氢就是水加上一个氧原子——它是H2O2，而不是H2O。这些额外的氧相对松散地结合在一起，使得它成为一种高度活跃的化学物质，渴望氧化它周围的任何其他分子。它的反应性很强，在高浓度下可以用作火箭燃料，即使是35%的浓度也需要非常特殊的处理和运输程序。作为家用消毒剂使用的通常只有3%的过氧化氢和97%的水。

因为高浓度的水很难运输，而低浓度的水主要是水，运输不经济，所以这些材料往往很难运至特别有用的地方，比如有未经处理的水的偏远社区。(加入双氧水可以有效控制水中的细菌。)因此，世界各地的许多研究小组一直在寻求开发某种形式的便携式过氧化氢生产设备的方法。

在工业化国家生产的大多数过氧化氢是在大型化工厂生产的，在那里甲烷或天然气被用来提供氢的来源，然后在高温下与氧发生催化反应。这个过程是能源密集型的，而且不容易扩展，需要大型设备和稳定的甲烷供应，所以它不适合小型单位或偏远地区。

“越来越多的人对便携式过氧化氢产生了兴趣，”Surendranath说，“因为人们意识到它可以满足很多需求，无论是在工业方面，还是在人类健康和卫生方面。”

到目前为止为潜在的可移植系统开发的其他进程有关键的限制。例如，大多数催化过氧化氢从氢和氧生成的催化剂也会产生大量的水，导致所需产物的浓度较低。此外，涉及电解的过程，如这种新方法，通常很难将产生的过氧化氢从该过程中使用的电解液材料中分离出来，再次导致效率低下。

Surendranath和团队的其他成员通过将过程分解成两个独立的步骤来解决问题。首先，电(最好来自太阳能电池或风车)被用来将水分解成氢和氧，然后氢与一个“载体”分子发生反应。在最初的实验中，这种分子是一种叫做人醌的化合物，然后被引入一个单独的反应室，在那里它与从外部空气中获取的氧气相遇，一对氢原子与一个氧分子(O2)结合形成过氧化氢。在这个过程中，载体分子会恢复到原来的状态，并再次进行循环，所以这些物质不会被消耗掉。

Surendranath说，这个过程可以解决许多挑战，通过使清洁水、伤口急救护理和无菌食品制备表面在目前缺乏或无法获得的地方更容易获得。

“即使在相当低的浓度下，你也可以用它来消毒水中的微生物污染物和其他病原体，”Surendranath说。而且，他补充说，“在高浓度下，它甚至可以用来做所谓的高级氧化，”在结合紫外线的情况下，它可以用来净化水，即使是强大的工业废物，如采矿作业或水力压裂。

因此，例如，一个便携式过氧化氢工厂可能被建立在一个临近的水力压裂或采矿现场，用来清理其流出的水，然后移动到另一个地方一旦业务停止在原来的现场。

Surendranath说，在这个初始的概念验证单元中，产生的过氧化氢浓度仍然很低，但是系统的进一步设计应该能够产生更集中的产出。“其中一种方法就是增加介质的浓度，幸运的是，我们的介质已经被用于非常高浓度的流电池中，所以我们认为有一种方法可以增加这些浓度，”他说。

“这是一种神奇的过程，”他说，“因为你用大量的东西，水、空气和电，你可以从当地获取，你用它来制造这种重要的化学物质，你可以用它来清洁环境、卫生和水质。”

威斯康星大学(University of Wisconsin)的化学教授香农·斯塔尔(Shannon Stahl)说:“在没有电解质、盐、碱等的水中生成过氧化氢溶液的能力值得注意，这些都是其他电化学过程所固有的。”Stahl补充说，“获得无盐的H2O2水溶液具有广泛的实际应用意义。”

斯塔尔说:“这项工作代表了‘介导电解’的创新应用。“介导电化学为传统的化学过程与电化学的结合提供了一种手段，这是对这一概念的一个特别引人注目的证明。”这个概念有很多潜在的应用。”