Anodische und kathodische Peroxidsynthese und deren Anwendung als Oxidationsmittel
Creators: name: Schanz, Tobias
Publisher: name: Hannover : Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover
Year: 2024
Subjects: subject: electrochemical peroxide generation
subject: Hydrogen peroxide
subject: percarbonates
subject: elektrochemische Peroxiderzeugung
subject: Wasserstoffperoxid
subject: Percarbonate
subject: Dewey Decimal Classification::500 | Naturwissenschaften

description: Electrochemical peroxide synthesis offers a promising alternative to the traditional anthraquinone process. Especially due to the possibility of producing peroxides directly on site and thus avoiding storage and transportation costs. The focus of research is currently on anodic peroxide production, as cathodic synthesis has already reached a high degree of maturity. Various materials and electrolytes have been investigated for the anode reactions, with electrolytes containing carbonate being particularly promising. The electrochemical synthesis of hydrogen peroxide using aqueous carbonate-containing electrolytes has proven to be extremely efficient. This high efficiency has previously been attributed to the oxidation of the carbonates themselves to oxidative species such as peroxymonocarbonate (PMC), which is subsequently hydrolyzed to hydrogen peroxide. However, recent work shows that PMC has stable concentrations and is not completely hydrolyzed. This has a significant impact on the sensitivity of current methods for quantifying peroxide, resulting in analytical deviations. At the same time, the high oxidizing power of the resulting peroxide solutions indicates that the resulting solutions are stronger oxidizing agents than previously thought and act as an advanced oxidation process (AOP). In this work, the electrochemical peroxide production, and the oxidation performance of these under different conditions are investigated in detail. The focus here is on the electrochemical synthesis itself and the relationship between the efficiency and the actual oxidizing power of the solutions formed. We found that carbonate-based electrolytes have a high efficiency in terms of peroxide synthesis and even higher oxidizing power based on their concentrations. We show the importance of specific analysis and refer to the particularly high oxidizing power of percarbonates and their properties for an AOP system. In summary, we show a system that is able to electrochemically generate high concentrations of peroxides under different conditions, which can be used for oxidation or degradation reactions in the future due to the percarbonate formed.
description: Die elektrochemische Peroxidsynthese bietet eine vielversprechende Alternative zum traditionellen Anthrachinon-Verfahren. Besonders durch die Möglichkeit, Peroxide direkt vor Ort zu erzeugen und somit Lagerungs- und Transportkosten zu verzichten. Der Forschungsschwerpunkt liegt derzeit auf der anodischen Peroxidproduktion, da die kathodische Synthese bereits einen hohen Reifegrad erreicht hat. Verschiedene Materialien und Elektrolyte wurden für die Anodenreaktionen untersucht, wobei carbonathaltige Elektrolyte besonders vielversprechend sind. Die elektrochemische Synthese von Wasserstoffperoxid unter Verwendung wässriger carbonathaltiger Elektrolyte hat sich als äußerst effizient erwiesen. Diese hohe Effizienz wurde bisher auf die Oxidation der Carbonate selbst zu oxidativen Spezies wie Peroxymonocarbonat (PMC) zurückgeführt, das anschließend zu Wasserstoffperoxid hydrolysiert wird. Jüngste Arbeiten zeigen jedoch, dass PMC stabile Konzentrationen aufweist und nicht vollständig hydrolysiert wird. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Sensitivität der gängigen Methoden zur Quantifizierung von Peroxid, wodurch es zu analytischen Abweichungen kommt. Gleichzeitig deutet die hohe Oxidationskraft der entstandenen Peroxidlösungen darauf hin, dass die resultierenden Lösungen stärkere Oxidationsmittel sind, als bisher vermutet und als ein fortschrittlicher Oxidationsprozess (Advanced Oxidation Processes, AOP, engl.) fungiert. In dieser Arbeit werden die elektrochemische Peroxidproduktion und die Oxidationsleistungen dieser unter unterschiedlichen Bedingungen eingehend untersucht. Hierbei liegt der Fokus auf der elektrochemischen Synthese selbst und dem Zusammenhang der Effizienz und der tatsächlichen Oxidationskraft der gebildeten Lösungen. Hierbei konnten wir feststellen, dass Elektrolyte auf Carbonatbasis eine hohe Effizienz bezüglich der Peroxidsynthese aufweisen und zudem noch höhere Oxidationskräfte basierend ihrer Konzentrationen. Wir zeigen wie wichtig eine spezifische Analytik ist und verweisen hierbei auf die besonders hohe Oxidationskraft der Percarbonate, und dessen Eigenschaften für ein AOP-System. Zusammenfassend zeigen wir ein System, welches in der Lage ist, elektrochemisch bei verschiedenen Bedingungen hohe Konzentrationen von Peroxiden zu generieren, welche aufgrund des entstandenen Percarbonats in Zukunft für Oxidations- oder Abbaureaktionen genutzt werden kann.