项目立项背景
该技术规程主要涉及电化学双氧水（H2O2/过氧化氢水溶液）生产行业，尤其是利用电化学阴极还原反应制备双氧水的装备设计和催化电极选择性、效率、稳定性等的检测。 随着人们环保意识的增强和可持续发展的推进，绿色化工技术的研究和推广逐步加快。电化学技术，以其快速、高效、绿色和简便的特点被大量应用，其在化工生产、环境处理、民用终端应用设备中对反应装置、催化电极、电极催化效率和稳定性等均有很高要求。 在我国，双氧水广泛应用于造纸、纺织、化工、食品、制药和电子等行业。根据《中国双氧水市场现状深度分析与发展战略研究报告（2023-2029年）》，我国对双氧水表观需求量在2021年为1240万吨，其产能、产量和市场需求均呈稳定增长态势。目前，国内外双氧水的生产主要依赖于传统的化学蒽醌法，存在着能耗高、污染大、运输和存储成本高以及设备要求高等缺点。 近年来，随着电化学技术的发展，电化学合成（电合成）双氧水技术逐渐受到重视，其具有安全性高、能耗低、无污染、对设备要求简单等优点，可实现双氧水多形式、快速制备（如在线制备，以避免复杂的设备、运输和储存要求）和使用（如污水处理厂、家庭消毒设备、水净化系统、医疗消毒设备），已成为行业发展的新方向。该类电合成技术的核心在于催化电极的设计和制备。根据电化学反应类型，电合成双氧水技术主要包括阴极还原和阳极氧化，其中阴极还原以氧气和水为原料，将氧气还原成H2O2（两电子催化路径）或H2O（四电子催化路径）；而阳极氧化则以水为原料，将其直接氧化成H2O2（两电子催化路径）或O2（四电子催化路径）。通过控制催化电极的催化选择性抑制阴极反应中H2O（或阳极反应中O2）的生成，可实现H2O2的高效生产；通过改变阴极还原工艺中的阳极氧化反应和阳极氧化工艺中的阴极还原反应，更是能够同时实现多种化工原料的生产，提高能源利用效率。近年来，随着电化学生产技术的进步和推广，其相关检测技术也得到了发展。然而，目前对催化电极的选择性、效率和稳定性，以及对生产装置的效率评估等方面尚未有统一的检测规范，各种技术在检测准确性上存在着较大的差异。该方面问题主要体现在如下几个方面： ①在阴极还原反应中，通常利用旋转环盘（RRDE）技术以检测催化电极的催化选择性。该技术通过在盘电极上生成H2O2或H2O，利用在环电极上施加电压以氧化H2O2，检测H2O2的生产效率。然而，该检测方法受环电极的收集效率影响严重，其收集效率又受电极材料的形貌、孔结构等因素影响，致使检测结果存在着较大的差异。由于较大的氧化电势，该技术不适用于阳极氧化反应。 ②在阴极还原和阳极氧化反应中，也可利用旋转圆盘（RDE）技术，利用K-L（Koutecky-Levich）公式计算动力学参数和电子转移数（即两电子或者四电子路径）。然而，与上述原因一样，通过该方法计算得到的数据也存在较大的差异。 ③通过利用化学滴定法和光谱法等可检测H2O2的含量，但该方法只对产物含量进行检测，并无法对转化率和生产效率进行有效的评估。 由于缺乏统一的成套技术规范，在该领域仍采用上述方法和经验指导工作，甚至在概念和方法上存在许多误区，严重制约着电合成双氧水技术的推广和应用。因此，需要针对电合成双氧水的特点，制定《电合成双氧水（H2O2）检测方法》对其适用性、检测特点、检测流程和数据分析等进行规范，以对相关装备和电极材料的开发、生产装置的调试、生产效率和催化电极的选择性和稳定性的评估等提供精确的指导和规范，为促进电合成双氧水技术的应用和推广提供保障。
立项意义及必要性
（1）研究意义 目前，学术和产业界对电合成双氧水的研究逐渐增多。国内外多个研究机构和企业已开展相关技术的探索和应用推广，取得了一定的进展。例如，美国Phase Two Chemicals公司、德国Evonik Industries AG公司和丹麦HPNow公司等开发了电合成双氧水现场制备设备和工艺技术。我国也已出现电合成双氧水的原理型装置，包括绍兴橙氧科技有限公司和浙江清越科技有限公司所开发的在线生产装置。这些装置和工艺技术的开发促进了双氧水绿色生产技术的进步。 随着对环保、节能和绿色生产要求的日益提高，电合成双氧水技术的应用逐步得到拓展，并不再局限于工业生产模式。例如，以电合成双氧水技术为核心，美国麻省理工大学开发了移动式双氧水小型反应堆并作为多种应用产品的核心部件，美国斯坦福直线加速器中心和斯坦福大学开发了便携式水净化设备，我国的浙江清越科技有限公司开发了配盾全屋除醛杀菌加湿器。预计在未来5-10年内，通过对更加高效、稳定的催化电极和相关工艺技术的进一步研究和工程应用，基于电合成双氧水的大型工业生产装置、小型在线生产设备、水净化系统、便携式家用和医疗消毒设备等方面的产品和技术开发将更加成熟。电合成双氧水技术也将有望成为替代传统化工生产方法，实现多形式、多种类双氧水生产领域的重要方法和技术。 作为电合成双氧水的关键核心，催化电极的催化选择性、催化效率、电化学稳定性和催化转换效率直接决定着上述双氧水生产装置的效率和成本，通过对催化电极上述指标进行科学和准确地检测，可为指导、开发高效和经济的电合成双氧水装置和技术提供保障，可为设备检修、配件更换和维护提供科学依据，还可为生产设备和小型终端产品的效率、稳定性和经济性等提供判定标准，有利于节约资源、提高效益、促进环境保护，并推动双氧水生产技术的进步和绿色发展。未来，随着对双氧水的绿色和便捷生产需求的日益提高，研究并制定《电合成双氧水（H2O2）检测方法》，对科学判断其适用条件、范围和特点，对合理设计生产装置、工艺流程、关键技术参数以及指导设备检修等均具有重要的指导意义。 （2）研究的必要性 近年来，电合成双氧水的技术和装置应用逐渐增多。通过对国内外现行法律法规和国家标准、行业标准进行调研发现，目前国内外尚缺乏与电合成双氧水相关的成套技术规程。 在与双氧水相关的领域中，现有的标准也大多基于行业制定，且主要集中在对双氧水的检测方面。例如，我国的行业标准《纺织染整助剂双氧水稳定剂对双氧水稳定性能的测定》（标准号：HG/T 4916-2016）主要适用于纤维素纤维类纺织品漂白用双氧水稳定性能的测定，《双氧水用废催化剂化学分析方法钯量的测定分光光度法》（标准号：HG/T 4916-2016）主要适用于双氧水用废催化剂中钯含量的测定；欧洲标准化委员会《Sterilization of Health Care Products -- Biological Indicators -- Part 6: Biological Indicators for Hydrogen Peroxide Sterilization Processes》（标准号：prEN ISO 11138-6）主要适用于评估使用汽化过氧化氢作为灭菌剂的性能测试和试验方法，《Sterilizers for Medical Purposes - Low Temperature Vapourized Hydrogen Peroxide Sterilizers - Requirements and Testing》（标准号：prEN 17180）适用于低温过氧化氢灭菌器的要求和测试；美国标准化委员会《Standard Test Method For Peroxides In Styrene Monomer》（标准号：ASTM D2340-23）主要适用于苯乙烯单体中过氧化氢含量的测定。 上述规范、标准、指南等重点在于针对不同行业中过氧化氢及相关物质含量、稳定性和操作方法进行规范，并无涉及电合成双氧水中催化电极的催化选择性、催化效率、电化学稳定性和催化转换效率等的规范。随着我国双碳战略和中国制造2025的提出，对传统制造业绿色改造提出了明确的要求和规划。电合成双氧水技术和装置的应用前景十分广阔，而相关的检测规范和标准的缺失使其应用和推广受到了极大地限制，不符合我国经济发展和技术进步的需求。因此，制定《电合成双氧水（H2O2）检测方法》具有很强的必要性。 相较于上述与双氧水相关的规范，本技术规程从总则、术语、基本规定和适用性进行规范，涉及电合成双氧水过程中的检测技术规范，包括双氧水的产量、产率检测方法，重点编制催化电极在电合成双氧水过程中的催化选择性、稳定性和效率的监控和检测技术标准，包括电化学圆盘、电化学环盘、化学滴定和光谱学等技术方法的使用规范。在学术界，上述催化电极的选择性和效率等的检测存在着大量错误使用的情况，不利于指导和推动产业发展。根据现有的科技水平，制定规范且可操作的检测标准完全可行，但需要明确细化标准内容。本标准的编制和推广执行，是实现电化学双氧水稳定、高效生产的重要基础，是生产参数制定的前提，也是生产装置设计、检修以及催化电极更换的重要评判依据，对加速推进电合成双氧水技术产业化，提高其生产效率、降低生产成本、促进经济和社会发展等方面均具有重要的意义。
