Электровосстановление кислорода до пероксида водорода в газодиффузионных электродах в кислых растворах Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Journal of Siberian Federal University. Chemistry 1 (2009 2) 33-41

УДК 541.138

Электровосстановление кислорода до пероксида водорода в газодиффузионных электродах в кислых растворах

Г.А. Колягин*, В.Л. Корниенко

Институт химии и химической технологии СО РАН, Россия 660049, Красноярск, ул. К. Маркса, 42 1

Received 02.03.2009, received in revised form 10.03.2009, accepted 25.03.2009

Проведено исследование электровосстановления кислорода до пероксида водорода в кислых электролитах в сажевых газодиффузионных гидрофобизированных электродах. В кислых растворах скорость накопления пероксида водорода определяется в основном скоростью дальнейшего восстановления Н2О2 до воды, которая зависит от концентрации пероксида водорода и катионов водорода в объёме газодиффузионного электрода. Увеличение плотности тока и добавка в кислый электролит бромистого тетрабутиламмония (ТБАБ) способствуют увеличению концентрации нарабатываемого Н2О2. Изменение при этом доли тока, идущей на восстановление кислорода до Н2О2, и выхода по току зависит от электролитной пористости электрода. Приведённое уравнение зависимости концентрации Н2О2 от времени электролиза хорошо описывает экспериментальные кривые накопления Н2О2.

Ключевые слова: восстановление кислорода, пероксид водорода, газодиффузионный электрод.

Введение

Пероксид водорода - один из экологически чистых реагентов, т.к. при его разложении получаются только кислород и вода. К электрохимическому способу получения Н2О2 из О2 давно проявляется большой интерес в связи с возможностью получения и непосредственного использования растворов Н2О2 в качестве товарного продукта без предварительного выделения Н2О2. Процесс безотходен и позволяет получать пероксид водорода непосредственно на месте потребления [1, 2].

Кислые растворы пероксида водорода могут быть использованы в качестве экологически чистых реагентов для окисления

* Corresponding author E-mail address: kolyagin@icct.ru

1 © Siberian Federal University. All rights reserved

различных органических и неорганических соединений как для очистки сточных вод, содержащих органические и неорганические вещества, так и для целевого синтеза органических соединений [3]. Процесс генерирования Н2О2 может быть использован для in situ окисления различных веществ непосредственно в электролизёре с применением различных типов электродов [4, 5]. Для проведения процесса электросинтеза Н2О2 особый интерес представляют газодиффузионные гидрофобизированные электроды (ГГЭ), которые широко исследуются для интенсификации электрохимических процессов [6].

При электровосстановлении О2 в сажевых ГГЭ условия электролиза, структура и

состав электрода влияют как на восстановле -ние кислорода до Н2О2, так и на дальнейшее восстановление Н2О2 и химическое разложение его до воды, что приводит к уменьшению выхода по току. В щелочном электролите легче происходит восстановление О2 до Н2О2 и практически нет дальнейшего восстановления до воды, но наблюдается высокая скорость разложения. В кислых растворах, наоборот, низкая скорость разложения, но высокая скорость дальнейшего восстановления до воды. Таким образом, для успешного восстановления О2 до Н2О2 в кислых растворах необходимо, чтобы среда в электролитных порах электрода была щелочная, а вне электрода - кислая.

В данной работе рассмотрено влияние природы (состава) фонового электролита, его рН, плотности тока и содержания фторопласта в электроде на его поляризацию, выход по току пероксида водорода и кинетику его накопления в электролите.

Экспериментальная часть

Условия проведения экспериментов, устройство электролизёра и методика изготовления электродов подробно изложены в работах [1, 6-9]. Электроды изготавливали из ацетиленовой сажи А-437Э в виде дисков с содержанием фторопласта-4Д (ФТ) 8; 40; 60 мас. % и общей пористостью 65 об. %. Ацетиленовую сажу использовали в виде порошка с диаметром частиц 30-40 нм, с удельной внешней поверхностью 100 м2/г и зольностью 0,2 %. Фторопласт применяли в виде водной суспензии с содержанием сухого вещества 62 мас. % и стабилизатора 8 мас. % по отношению к сухому веществу.

Кислород подавали в электрод с его тыльной стороны при атмосферном давлении. Католит перемешивали барботировани-ем аргона через трубку диаметром 1,5 мм со

скоростью 10 мл/мин постоянно (режим перемешивания № 1) или в течение одной минуты со скоростью 38 мл/мин только перед отбором пробы раствора на анализ Н2О2 через каждый час (режим перемешивания № 2). Исследования проводили в стеклянной ячейке с термостатируемой рубашкой с использованием потенциостата П-5848. В качестве като-лита (0,023 л) использовали растворы К2804, И2804, их смеси и добавки тетраалкиламмо-ниевых солей. В качестве анолита - 1 моль/л И2804, анода - платиновую пластину. Като-лит и анолит разделяли гомогенной перфто-рированной сульфокатионитовой мембраной МФ-4СК-100. Потенциал электрода контролировали на его фронтальной стороне относительно хлорсеребряного электрода сравнения ЭВЛ-1М1. Все потенциалы приведены относительно этого электрода сравнения. Плотность тока рассчитывали на единицу видимой фронтальной поверхности, площадь которой составляла 5 см2. Препаративный электролиз проводили в гальваностатическом режиме при плотности тока 50; 100 мА/см2 и 20 оС в течение 6-7 часов. Поляризационные кривые снимали при скорости развёртки потенциала 4 мВ/с. Содержание пероксида водорода в католите определяли титрованием перманганатом калия. Долю тока (у), идущего на восстановление кислорода до пероксида водорода, выходящего из объёма электрода в электролит, определяли газометрически, то есть по величине количества электричества, пошедшего на восстановление определённого объёма кислорода. Выход по току Н2О2 вычисляли исходя из его концентрации в католите, объёма католита и количества пропущенного электричества. Таким образом, значение гаммы отражает только процессы, происходящие в электроде, а выход по току связан как с гаммой, так и с процессами разложения Н2О2 в католитной камере электролизёра.

Результаты и обсуждение

В табл. 1 представлены результаты электросинтеза Н2О2 в различных электролитах при плотности тока 50 мА/см2 в электродах с 40 мас. % фторопласта [7, 8].

Установлено, что скорость разложения Н2О2 во всех случаях подчиняется уравнению

Vp= КС, (1)

где С - концентрация Н2О2, К - константа скорости разложения Н2О2. Выход по току Н2О2 (п) и у зависят от концентрации Н2О2 и описываются в данном диапазоне концентраций Н2О2 эмпирическими уравнениями:

Л=Ъ - аА (2)

У=Ь2 - а2С. (3)

Коэффициенты этих уравнений приведены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что с уменьшением рН выход по току, константа скорости разложения Н2О2 и доля тока у имеют тенденцию к уменьшению. Зависимость концентрации Н2О2 в католите от времени электролиза описывается уравнением:

е=-

А1Ь2 Г -2 < ехр 1Г А1а2 -К] х! -4

v 1 1Л V ; ]

А1а2

(4)

-К

где А - электрохимический эквивалент Н2О2, моль/(А ч); I - ток электролиза, А; V - объём католита, л; т - время электролиза, ч [7-9].

Для оценки влияния параметров электролиза на ход кривой накопления и прогнозирования выхода по току, который является одним из важнейших показателей процесса электросинтеза, проанализируем уравнение 4. На рис. 1 приведены кривые накопления при различных параметрах электролиза (табл. 2). В табл. 2 также представлены для сравнения

значения времени, необходимого для получения растворов с Сн2о2 = 0,5 моль/л и получаемые при этом выходы по току. Значения параметров взяты так, чтобы для наглядности кривые не накладывались друг на друга. Все сравнения проведены относительно кривой 6. Кривая 1 рассчитана для идеального случая с максимальным выходом по току, по уравнению: Сн2о2 = Ау1тЛ>.

Как видно из рис. 1 и уравнения (4), множитель А1Ь2^ определяет первоначальный наклон кривой накопления, то есть скорость накопления Н2О2, которая с увеличением концентрации Н2О2 уменьшается за счёт уменьшения гаммы и увеличения скорости разложения. Наибольшая концентрация СН2<О2=Ау1/ (К) достигается, когда скорость накопления становится равной скорости разложения Н2О2. Значительное влияние на скорость накопления оказывает величина коэффициента Ь2 (рис. 1, кривая 7). Уменьшение значений К и а2 начинает сказываться на скорости накопления при более высоких концентрациях Н2О2 (кривые 4 и 5). Величина является объёмной плотностью тока, и, следовательно, скорость накопления можно увеличить путём увеличения плотности тока или уменьшением объёма католита (рис. 1, кривые 2 и 3). Это может дать в первые часы электролиза концентрацию пероксида водорода большую, чем если бы она была при скорости разложения близкой к нулю и у=1 (рис. 1, кривая 1). Увеличение плотности тока не всегда возможно без уменьшения эффективности электролиза, тогда как уменьшение объёма катодной камеры за счёт уменьшения расстояния между катодом и мембраной также уменьшает и напряжение на электролизере, и скорость разложения за счет уменьшения площади контакта электролита со стенками электролизёра. Как видно из табл. 2, уменьшение объёма католи-та, значений а2 и К и увеличение тока умень-35 -

V

Таблица 1. Влияние состава электролита на значения коэффициентов уравнений (1), (2), (3), на у, выход по току пероксида водорода и его концентрацию после 7 часов электролиза (п и у выражены в долях единицы)

Состав электролита, моль/л (рН) Ь1 а , л/моль Ь2 а2 , л/моль Кх105, 1/с У СН2О^ моль/л п

0,5 К2Б04 (рН 6,5) 0,99 0,33 0,97 0,082 3,19 0,89 0,9 0,69

0,495 + 0,005 ^80, (рН 3,2) 1,0 0,31 0,96 0,024 3,19 0,94 0,92 0,70

0,2 К2Б04 + 0,087 Н2Б04 (рН 1,4) 1,0 0,28 1,0 0,17 2,36 0,84 0,96 0,73

0,05 К2Б04 + 0,15 Н2Б04 (рН 0,9) 0,97 0,37 1,0 0,39 2,36 0,68 0,83 0,63

0,1 И2Б04 (рН 1,0) 0,78 1,8 0,79 3,0 1,31 0,04 0,25 0,32

Таблица 2. Значения параметров электролиза, использованные для расчёта кривых накопления, представленных на рис. 1

№ кривой Ток, А V, л Ь2 а2, л/моль К, 1/ч т*, ч п*, доля единицы

1 0,25 0,023 1 0 0 2,47 1,00

2 0,25 0,01 1 0,5 0,1 1,33 0,81

3 0,50 0,023 1 0,5 0,1 1,55 0,80

4 0,25 0,023 1 0,01 0,1 2,85 0,86

5 0,25 0,023 1 0,5 0,05 3,10 0,80

6 0,25 0,023 1 0,5 0,1 3,43 0,72

7 0,25 0,023 0,6 0,5 0,1 8,78 0,28

* т - время электролиза, необходимое для достижения концентрации Н2О2 0.5 моль/л; п - получаемый выход по току.

С 1,6

1,2

0,8

0,4

0

4 3 2 1

4

5

6

8

10 X

60 -

40 -

7 20 -

0,05

0,25

0,45

Рис. 1. Влияние параметров электролиза на ход кривых накопления Н2О2, рассчитанных по уравнению (4), параметры приведены в табл. 2: С - концентрация Н2О2 (моль/л), т - время (ч)

Рис. 2. Поляризационные кривые электровосстановления кислорода, полученные на электроде с содержанием фторопласта 8 мас. % в 0,1 моль/л И2Б04 (1) и в растворе 0,025 моль/л К2Б04 + 0,12 моль/л Н2Б04 (2) с добавками ТБАБ в концентрациях (моль/л): 3 - 0,001; 4 - 0,01; 5 - 0,1: i - плотность тока (мА/см2), Е - потенциал электрода (В)

1

2

6

0

шает время, необходимое для достижения определённой концентрации Н2О2, и увеличивает выход по току, а уменьшение коэффициента Ь2 увеличивает время и уменьшает выход по току.

Значительное влияние на у оказывает состав электролита. В табл. 3 показано влияние соотношения концентраций К2SO4 и H2SO4 на гамму и потенциал электрода при плотности тока 50 мА/см2 и равенстве прочих условий электролиза.

Из табл. 3 видно, что увеличение концентрации индифферентного электролита при сохранении рН приводит к увеличению у и уменьшению поляризации электрода.

По нашему мнению, электросинтез пе-роксида водорода в наших условиях протекает в режиме диффузионных ограничений по катионам водорода, которые непосредственно принимают участие в восстановлении кислорода по уравнениям:

О2 + 4 Н+ + 4 е = 2 Н2О, О2 + 2 Н+ + 2 е = Н2О2, Н2О2 + 2 Н+ + 2 е = 2 Н2О.

Подобное явление также хорошо известно в случае выделения водорода на катоде [10]. Подтверждением выше сказанного служит и то, что в кислых растворах наблюдается уменьшение у за счёт восстановления Н2О2 до воды из-за увеличения подвода к электроду катионов водорода. Так, например, в растворе с рН 0,9 гамма уменьшается почти в 2 раза при перемешивании электролита, тогда как уже при рН 3,2 перемешивание практически не влияет, так как в этом случае активность ионов водорода уменьшается более чем в 100 раз. Значительное увеличение активности катионов водорода внутри электрода и в приэлектродном слое наблюдается в 0,1 моль/л H2SO4, что и приводит к уменьшению выхода по току. Уменьшение активности ка-

тионов водорода в электроде по сравнению с их активностью в катодной камере связано с тем, что незначительный объём пор, заполненных электролитом (2-10 об. %), приводит к уменьшению эффективных коэффициентов диффузии и электропроводности [11], а следовательно, и к уменьшению диффузионного и миграционного потоков катиона водорода вглубь электрода. Наличие индифферентно -го электролита и увеличение плотности тока также способствуют увеличению рН в поро-вом объёме электрода.

Тетраалкиламмониевые соли обладают специфической адсорбцией на поверхности электродных материалов и помогают уменьшению концентрации катионов водорода на этой поверхности, что может повлиять на скорость реакции восстановления Н2О2 до воды. Поэтому нами исследовано влияние добавок в электролит бромистого тетрабутиламмония (ТБАБ) на процесс восстановления кислорода до воды. На рис. 2 изображено влияние концентрации ТБАБ на поляризацию электрода. Здесь же показано положительное влияние добавки сульфата калия к серной кислоте. Увеличение концентрации ТБАБ с 10-4 до 10-2 моль/л увеличивает скорость процесса, но дальнейшее увеличение концентрации соли до 0,1 моль/л приводит к уменьшению скорости восстановления кислорода, что обычно и наблюдается в практике электросинтеза. При увеличении плотности тока видна тенденция к уменьшению влияния тетраалкиламмо-ниевых катионов на поляризацию электрода. Особенно это заметно при проведении препаративного электролиза. Присутствие ТБАБ в щелочном электролите (0,5 моль/л №ОН) не оказывает влияния на поляризацию электрода при восстановлении кислорода [9].

В табл. 4 и на рис. 3 и 4 показано влияние плотности тока, режима перемешивания и добавок в электролит (0,2 моль/л К2SO4 + 0,087 37 -

Таблица 3. Влияние соотношения концентраций К2Б04 и Н2Б04 на гамму и потенциал электрода

Состав электролита, моль/л [K2SO4]/[H2SO4] рн Y - Е, В

0,1 И2Б04 0 1,0 0,39 0,67

0,0025 К2Б04 + 0,11 И2Б04 0,023 1,0 0,52 0,64

0,025 К2Б04 + 0,12 И2Б04 0,21 1,0 0,84 0,46

0,05 К2Б04 + 0,15 Н2Б04 0,33 1,0 0,84 0,46

0,2 К2Б04 + 0,087 Н2Б04 2,29 1,4 0,88 0,43

Таблица 4. Результаты препаративного электросинтеза пероксида водорода после шести часов электролиза (кривые на рис. 3 и 4)

№ ФТ, мас, % Плотность тока, мА/см2 С* моль/л Y,* П,* Вид уравнения у=Ъ2-а2С Вид уравнения п=Ь1-а1С К, 1/ч

1 50 0,87 0,81 0,75 0,95-0,16С 0,95-0,22С 0,073

2 100 1,82 0,90 0,89 0,94-0,042С 0,94-0,058С 0,044

8 %

3** 100 1,91 0,95 0,92 const = 0,95 0,95-0,034С 0,045

4*** 50 0,57 - - 0,86-0,9С 0,87-0,63С 0,045

5 6 7** 8*** 60 % 50 100 100 50 0,87 1,11 1,43 0,54 0,66 0,49 0,73 0,73 0,56 0,73 0,99-0,37С 0,89-0,43С 0,88-0,16С 1,0-1,4С 0,94-0,23С 0,89-0,37С 0,86-0,15С 1,0-0,89С 0,052 0,085 0,064 0,033

*С - концентрация Н2О2, п - выход по току Н2О2, значения у и п в долях единицы при С= 0,9 моль/л. "Добавление в электролит 0,01 моль/л ТБАБ. ***Режим перемешивания католита №1.

С

1,2 0,8 0,4 0

4

С

2

1,6 -

1,2 0,8 0,4 0

Рис. 3. Кривые накопления Н2О2, полученные на электроде с содержанием фторопласта 60 мас. %. Точки - экспериментальные значения, линии расчёта по уравнению (4) с коэффициентами из табл. 4. Плотность тока (мА/см2): 1,2 - 100; 3,4 - 50. Электролит: 0,2 моль/л К2Б04 + 0,087 моль/л Н2Б04 (2,3,4) и с добавкой 0,01 моль/л ТБАБ (1). Режим перемешивания: 1,2,3 - № 2; 4 - № 1. С - концентрация Н2О2 (моль/л), т - время (ч)

Рис. 4. Кривые накопления Н2О2, полученные на электродах с содержанием фторопласта 8 мас. %. Точки - экспериментальные значения, линии расчёта по уравнению (4) с коэффициентами из табл. 4. Плотность тока (мА/см2): 1,2 - 100; 3,4 - 50. Электролит: 0,2 моль/л К2Б04 + 0,087 моль/л Н2Б04 (2,3,4) и с добавкой 0,01 моль/л ТБАБ (1). Режим перемешивания: 1,2,3 - № 2; 4 - № 1. С - концентрация Н2О2 (моль/л), т - время (ч)

1

1

3

моль/л H2SO4) ТБАБ на электросинтез Н2О2 в электродах с содержанием фторопласта 8 и 60 мас. % [9].

Как видно из приведенных в табл. 4 результатов, добавка ТБАБ и увеличение плотности тока не меняют линейной зависимости гаммы и выхода по току от концентрации Н2О2. Скорость разложения Н2О2 и кривые накопления описываются уравнениями 1 и 4, и, как видно из рис. 3 и 4, экспериментальные кривые хорошо описываются уравнением (4).

С увеличением содержания фторопласта с 8 до 60 мас. % электролитная пористость уменьшается с 8 до 1,3 об. %. Увеличение плотности тока увеличивает скорость накопления и концентрацию пероксида водорода, но изменение при этом гаммы, а следовательно, и выхода по току зависит от электролитной пористости электрода. Это объясняется тем, что у электродов с меньшим содержанием фторопласта, а значит, с большим объёмом заполненных электролитом пор, зона реакции распространяется на большую глубину от фронтальной поверхности, чем у электродов с большим содержанием фторопласта, что приводит к увеличению затруднений по доставке катионов водорода вглубь электрода. С увеличением плотности тока увеличивается потребность в ионах водорода, а так как доставка их в зону реакции на большую глубину более затруднена, то, следовательно, активность ионов Н+ в электродах с большей электролитной пористостью будет ниже, чем в электродах с меньшей электролитной пористостью. Значит, и скорость дальнейшего восстановления Н2О2 будет меньше. Необходимо отметить, что в нейтральных и щелочных растворах синтез Н2О2 протекает с участием молекул воды, которой имеется большой избыток, и данные эффекты не наблюдаются. Значительное влияние концентрации протонов видно также по влиянию перемешивания

католита, которое уменьшает внешнедиффу-зионные ограничения по катиону водорода (кривые 4 на рис. 3, 4).

Увеличение гаммы при добавлении в электролит ТБАБ возможно из-за увеличения скорости восстановления кислорода до Н2О2 в присутствии тетраалкиламмониевых катионов [12] и уменьшения скорости дальнейшего восстановления Н2О2 до воды. Уменьшение скорости восстановления Н2О2 связано с уменьшением активности ионов водорода в присутствии тетраалкиламмониевых ионов. Например, в [12] показано, что сульфат те-трабутиламмония значительно понижает скорость восстановления Н2О2 до воды. Расчёты, проведённые в [13] для кислого раствора, содержащего хлористый трикаприлметилам-моний, показывают, что адсорбированные на электроде тетраалкиламмониевые катионы могут увеличить рН электролита в пределах диффузного слоя с 0,9 до 9,4.

Заключение

Таким образом, в сажевых газодиффузионных электродах в кислых электролитах на скорость процесса электрохимического восстановления О2 до Н2О2 и его выход по току значительное влияние оказывает активность катионов водорода в электролитных порах электрода, которая зависит от состава электролита, электролитной пористости электрода, плотности тока и интенсивности перемешивания электролита. Приведённое уравнение зависимости концентрации Н2О2 от времени электролиза хорошо описывает экспериментальные кривые накопления Н2О2. Полученные результаты показывают, что при электровосстановлении кислорода в сажевых газодиффузионных электродах в кислых электролитах можно получать растворы Н2О2 с концентрацией до 2 моль/л с выходом по току до 90 %.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ-ККФН-Сибирь 09-03-98000.

Список литературы

1. Корниенко В.Л., Колягин Г. А., Салтыков Ю.В. Электросинтез Н2О2 из О2 на углеграфито-вых электродах в щелочной среде // ЖПХ. 1999. Т. 72. № 3. С. 353-361.

2. Yamanaka I., Hashimoto T., Ichihashi R., Otsuka K. Direct synthesis of Н2О2 acid solutions on carbon cathode prepared from activated carbon and vapor-growing-carbon-fiber by a H2/O2 fuel cell. // Electrochimica Acta. 2008. V. 53. P. 4824-4832.

3. Огибин Ю. Н., Элинсон М.Н., Никишин Г.И. Органический электросинтез с использованием медиаторных систем окисления // Успехи химии. 2009. Т.78. №2. С. 99-150.

4. Колягин Г.А., Корниенко В.Л., Ветошкина О.В. Непрямое электрохимическое окисление бурого угля пероксидом водорода, генерируемым из кислорода в газодиффузионном электроде // ЖПХ. 2000. Т.73. №10. С. 1734-1735.

5. Корниенко В.Л., Колягин Г.А. Непрямое окисление органических веществ интермедиата-ми восстановления кислорода // Электрохимия. 2003. Т. 39. № 12. С. 1462-1470.

6. Корниенко В.Л., Колягин Г.А. Электросинтез в пористых гидрофобизированных электродах // Российский химический журнал. 2005. Т. 49. № 5. С. 129-136.

7. Колягин Г. А., Корниенко В.Л. Кинетика накопления пероксида водорода в кислых и нейтральном водных растворах при электровосстановлении кислорода в сажевом гидрофо-бизированном электроде // Химия в интересах устойчивого развития. 2000. Т.8. №6. С. 803-807.

8. Колягин Г. А., Корниенко В.Л. Кинетика накопления пероксида водорода при электросинтезе из кислорода в газодиффузионном электроде в кислых и щелочных растворах // ЖПХ. 2003. Т.76. № 7. С. 1103-1108.

9. Колягин Г.А., Корниенко В.Л. Влияние тетраалкиламмониевых солей и плотности тока на электросинтез пероксида водорода из кислорода в газодиффузионном электроде в кислых растворах // ЖПХ. 2006. Т.79. № 5. С. 757-761.

10. Кублановский В. С., Потоцкая В. В. Определение концентрации ионов в прикатодном слое при электролизе воды в присутствии солей с гидролизующимся анионом // Электрохимия. 1977. Т.13. С. 225-229.

11. Тарасевич М.Р. Электрохимия углеродных материалов. М.: Наука, 1984. 275 с.

12. Анурова А. И., Чернова Л.А., Ротинян А.Л. К вопросу о влиянии добавок на электродное поведение перекиси водорода // Сборник работ по химическим источникам тока. Л.: Энергия, 1973. Вып. 8. С. 191-197.

13. Gyenge E. L., Oloman C. W. Infuence of surfactants on the electroreduction of oxygen to hydrogen peroxide in acid and alkaline electrolytes // J. Appl. Electrochem. 2001. V. 31. № 2. P. 233-243.

Electroreduction of Oxygen to Hydrogen Peroxide in Gas-Diffusion Electrodes in Acid Solutions

Gennady A. Kolyagin and Vasily L. Kornienko

Institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, 42 K. Marx st., Krasnoyarsk, 660049 Russia

Electroreduction of oxygen to hydrogen peroxide in gas-diffusion hydrophobized porous electrodes, made of acetylene black, in acidic electrolytes was studied. In acidic solutions, the rate of hydrogen peroxide accumulation is mainly determined by the rate of subsequent H202 reduction to water, which depends on the concentration of H202 and hydrogen ions in the volume of the gas-diffusion electrode. An increase in the current density and addition of tetrabutylammonium bromide to an acid electrolyte make higher the concentration of H202. In this case, the change in the fraction of the current expended for oxygen reduction to H202 and in the current efficiency depend on the electrolyte porosity of the electrode. The equations relating concentration of H202 and electrolysis duration, presented in the communication, well describe experimental curves of H202 accumulation.

Keywords: oxygen reduction, hydrogen peroxide, gas-diffusion electrode.