＊殷 杰

（信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工學(xué)院 河南 464000）

過氧化氫催化分解的研究進(jìn)展

＊殷 杰

（信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工學(xué)院 河南 464000）

本文概述了過氧化氫催化分解的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展，包括過氧化氫酶、仿酶、雜多酸鹽、復(fù)合體系催化劑等高效能并能重復(fù)使用的研究狀況。最后指出了今后研究重點(diǎn)：開發(fā)新型環(huán)保、廉價(jià)、重復(fù)使用良好的催化劑。

過氧化氫；催化分解；新型催化劑

在當(dāng)下化工行業(yè)以及航天、醫(yī)藥、造紙、食品等各行業(yè)大都是利用過氧化氫作為聚合物引發(fā)劑、氧化劑、交聯(lián)劑和漂白劑等，作為綠色化工產(chǎn)品，新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷出現(xiàn)。大量使用勢(shì)必造成廢水含有過氧化氫，這就要求必須把過氧化氫殘留物清除，達(dá)到以減少廢水中過氧化氫對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響為目的，最好的辦法是尋找優(yōu)良新型催化劑，催化分解從而除去過氧化氫。能使過氧化氫催化分解的物質(zhì)很多，現(xiàn)今，用金屬配合物作為模擬酶的研究方向是主流，在利用人工合成的化學(xué)品模擬過氧化氫酶這一過程中。本課題組合成了幾種新型銅配合物在催化分解過氧化氫方面表現(xiàn)優(yōu)異。本文就過氧化氫催化分解的研究進(jìn)行綜述。

1.過氧化氫酶

過氧化氫酶作為一種氧化還原酶，普遍的于生物組織中存在，它的功能就是催化細(xì)胞內(nèi)過氧化氫分解，防止膜脂過氧化進(jìn)而可以保護(hù)細(xì)胞避免受體內(nèi)代謝物的破壞，其作為一種催化轉(zhuǎn)化能力最高的酶，可以極高的速率催化分解過氧化氫為水和氧氣，可以達(dá)到一分子過氧化氫酶每分鐘能催化500萬分子過氧化氫。

過氧化氫酶的區(qū)分類別是，一種真核過氧化氫酶和原核過氧化氫酶。真核過氧化氫酶主要來自植物和動(dòng)物組織，包括哺乳動(dòng)物組織中過氧化氫酶含量差異很大，肝臟含量最高，最低是結(jié)締組織的含量，在組織細(xì)胞內(nèi)過氧化氫酶主要存在于細(xì)胞器。微生物是原核過氧化氫酶的來源體。過氧化氫酶是存在于幾乎所有的需氧微生物中，只有極少數(shù)的不存在過氧化氫酶，例如過氧化醋桿菌(A．peroxydas)。根據(jù)他們的理化特性差異，可以將過氧化氫酶劃分為典型性、非典型性和過氧化氫酶-過氧化物酶(catalase-peroxidases)，通常認(rèn)為這也是一種符合進(jìn)化關(guān)系的劃分。根據(jù)催化中心結(jié)構(gòu)差異可大致分為兩類：

(1)含鐵卟啉結(jié)構(gòu)過氧化氫酶，又稱鐵卟啉酶；

(2)含錳離子替代鐵的卟啉結(jié)構(gòu)，又稱為錳過氧化氫酶。

用過氧化氫來替代氯氣這種含毒的漂白劑，用以工業(yè)漂白和消毒產(chǎn)品，這是從上世紀(jì)八十年代開始的，并且生產(chǎn)紙張和其他工業(yè)產(chǎn)品的工廠普遍開始使用過氧化氫作為有毒氯氣的替代品來作為漂白和消毒產(chǎn)品。過氧化氫可以用來消除有害細(xì)菌在新鮮的蔬菜和水果，如大腸桿菌和沙門氏菌，還可用于消毒產(chǎn)品等。在去除殘留過氧化氫生產(chǎn)流程的過程中，人們逐漸把注意力轉(zhuǎn)向酶的催化效率高，過氧化氫酶被大規(guī)模的使用在醫(yī)藥和食品、紡織等行業(yè)。過氧化氫酶酶制劑的應(yīng)用會(huì)逐漸的普及并將逐步取代蛋白酶水解酶在紡織等行業(yè)的使用。

2.金屬及金屬氧化物

金屬鉑能作為過氧化氫催化分解物質(zhì)，李輝波等采用鉑催化法分解過氧化氫。結(jié)果表明，鉑催化法能在50℃以下分解破壞過氧化氫，催化速度與鉑催化表面積成正比，同時(shí)不造成钚價(jià)態(tài)的變化，要控制他的分解速度方法就是依靠溫度來控制，這種方法與加熱分解法相比具有破壞速度平穩(wěn)且钚價(jià)態(tài)不變等優(yōu)點(diǎn)。采用鉑催化分解法在常溫就能使過氧化氫分解，分解速度和鉑的催化表面積有著直接關(guān)系，其隨溫度增加而增加。

鐵的氧化物具有高的催化分解過氧化氫活性。陶景光等通過對(duì)過氧化氫催化分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，通過這可以看出磁化合成鐵氧體的催化效率有著很高的效果。并探討了催化作用機(jī)理。考慮到反應(yīng)物(過氧化氫)是反磁性，而生成物(氧氣)是順磁性，若無外部條件影響，涉及磁性的量子態(tài)不會(huì)自動(dòng)變化，上述反應(yīng)也不會(huì)自動(dòng)發(fā)生；而某種磁狀態(tài)的觸發(fā)有可能影響該類反應(yīng)。

3.金屬配合物

金屬配合物及其Schiff堿類化合物的應(yīng)用已經(jīng)得到廣泛推廣，并在醫(yī)學(xué)和催化、分析化學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域使用及推廣。利用Schiff堿具有的抑菌和殺菌、抗腫瘤、抑制病毒的生物活性廣泛使用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域；催化領(lǐng)域Schiff堿中的鈷和鎳也是一種催化劑，不過是作為配合物來使用；Schiff堿也可以是一種銅的緩蝕劑被利用在腐蝕領(lǐng)域；同時(shí)，Shciff堿利用其特性基因在光致變色領(lǐng)域中也有很好的使用方式。

Schiff堿作催化劑主要應(yīng)用于聚合反應(yīng)、不對(duì)稱催化環(huán)丙烷化反應(yīng)以及烯烴催化氧化方面和電催化領(lǐng)域。另外，最近研究表明，有些含O、N的Schiff堿金屬配合物還具有仿酶催化活性。Schiff堿的過渡金屬配合物（其中配合物所選的金屬離子主要為Cu(II)、Mn(II)、Co(II)等離子）在各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，尤其是醫(yī)藥領(lǐng)域以及生命領(lǐng)域內(nèi)都具有極為廣泛的應(yīng)用范圍。

李靜妍等制備出6種具有催化效果的希夫堿金屬配合物，并研究分析了希夫堿金屬配合物對(duì)過氧化氫分解的催化作用并將其應(yīng)用于棉織物等浸漬漂白等工藝，考察其催化效果。實(shí)驗(yàn)表明，在沒有催化劑的情況下，過氧化氫條件下的低溫和低堿分解速率非常緩慢，遠(yuǎn)低于要求的漂白。添加催化劑，雙氧水分解率有了明顯的提高，這就解釋了希夫堿金屬配合物具有良好的催化分解過氧化氫的影響。催化劑的催化效果有著明顯的差別，即使是在同樣的外部條件下進(jìn)行，不過總體來說催化劑的催化效果為銅配合物好于鈷配合物，鈷配合物好于錳配合物，同時(shí)他也考查了特定穩(wěn)定劑加配合物催化劑改進(jìn)的氧漂汽蒸工藝對(duì)織物損傷較小，具有一定節(jié)能減排的優(yōu)勢(shì)。我們課題組也合成了如：乙酰胺合銅、二丙酮縮乙二胺合銅，乙二胺合銅等新型配合物、其中乙二胺合銅還培養(yǎng)出來了單晶，并考察了不同條件下催化劑對(duì)雙氧水分解的影響，實(shí)驗(yàn)表明催化活性都非常優(yōu)秀，并能多次重復(fù)使用。

4.雜多酸及其鹽

馬惠敏等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，十二鉬磷酸對(duì)H2O2分解幾乎無活性，而其鹽類(Fe3+、Cu2+、Co2+、Mn2+)則都有很好的活性，認(rèn)為活性種是雜多酸鹽的抗衡陽離子。如在雜多酸陰離子中引入V，部份的取代鉬，不僅催化劑活性隨V的取代數(shù)有規(guī)律地增加，而且，動(dòng)力學(xué)曲線具有S-型特征，表明反應(yīng)中活性中心-陰離子中的釩和底物作用生成活性中間體。

5.復(fù)合體系催化劑

兩種及兩種以上物質(zhì)組成，其中至少一種具有催化活性，另一種具有促進(jìn)作用，這樣的催化劑叫復(fù)合體系催化劑。陳小斌等研究發(fā)現(xiàn)碘化鉀和鎢酸鈉一定比例混合物有著強(qiáng)烈的催化分解作用，其作用條件是在堿性條件下進(jìn)行，這些復(fù)合體系對(duì)過氧化氫的催化分解有著明顯的共同促進(jìn)效果。分析出了催化劑對(duì)催化雙氧水分解速度的影響。當(dāng)?shù)饣浥c鎢酸鈉物質(zhì)的量比為5∶5～6∶4時(shí)，催化活性最高。給出了催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算得到反應(yīng)的Arrhenius活化能Ea=24．4 KJ．mol．L-1，并對(duì)催化反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了合理的推測(cè)。

6.展望

隨著人們綠色環(huán)保意識(shí)與要求的不斷加強(qiáng)，對(duì)水電汽的節(jié)省，生產(chǎn)效率的提升等諸多要求，同時(shí)，有想要環(huán)保減少污染，還能催化分解過氧化氫的物質(zhì)中過氧化氫酶顯然具備著諸多優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)也顯而易見，就是成本高昂易失活等各種問題也讓其在在紡織等工業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用面臨著困難。滿足人們諸多要求的又具有較好發(fā)展前景的模擬酶催化劑，還要有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，并避免極易團(tuán)聚影響其催化性

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殷杰（1971～），男，信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工學(xué)院，研究方向：應(yīng)用化學(xué)。

(責(zé)任編輯李燕）

Research Development of Hydrogen Peroxide Catalytic Decomposition

Yin Jie
（Chemical Engineering Institute, Xinyang Vocational and Technical College, He’nan, 464000）

This paper summarizes the research status and progress of the catalytic decomposition of hydrogen peroxide, including oxydic hydrogenase, mimic enzyme, heteropoly acid salt and compound system of catalyst etc. research situation. Finally it points out the research emphasis in the future: application of cheap and efficient catalysts, which can be reused, in catalytic decomposition of hydrogen peroxide.

hydrogen peroxide；catalytic decomposition；mimic enzyme catalysis

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A

河南省科技廳科技公關(guān)項(xiàng)目（152102110159）。能，若是小分子催化劑要尋找良好的負(fù)載劑能有效的避開從反應(yīng)體系中分離，進(jìn)而能使催化劑能反復(fù)使用。所以開發(fā)新型高效、環(huán)保、低溫下具有催化活性并有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)、價(jià)格低廉、易得并能大規(guī)模應(yīng)用到紡織等工業(yè)也就是今后研究開發(fā)的重點(diǎn)。