过氧化氢催化分解的研究进展

＊殷 杰

（信阳职业技术学院化工学院 河南 464000）

过氧化氢催化分解的研究进展

＊殷 杰

（信阳职业技术学院化工学院 河南 464000）

本文概述了过氧化氢催化分解的研究现状及进展，包括过氧化氢酶、仿酶、杂多酸盐、复合体系催化剂等高效能并能重复使用的研究状况。最后指出了今后研究重点：开发新型环保、廉价、重复使用良好的催化剂。

过氧化氢；催化分解；新型催化剂

在当下化工行业以及航天、医药、造纸、食品等各行业大都是利用过氧化氢作为聚合物引发剂、氧化剂、交联剂和漂白剂等，作为绿色化工产品，新的应用领域不断出现。大量使用势必造成废水含有过氧化氢，这就要求必须把过氧化氢残留物清除，达到以减少废水中过氧化氢对生态环境的影响为目的，最好的办法是寻找优良新型催化剂，催化分解从而除去过氧化氢。能使过氧化氢催化分解的物质很多，现今，用金属配合物作为模拟酶的研究方向是主流，在利用人工合成的化学品模拟过氧化氢酶这一过程中。本课题组合成了几种新型铜配合物在催化分解过氧化氢方面表现优异。本文就过氧化氢催化分解的研究进行综述。

1.过氧化氢酶

过氧化氢酶作为一种氧化还原酶，普遍的于生物组织中存在，它的功能就是催化细胞内过氧化氢分解，防止膜脂过氧化进而可以保护细胞避免受体内代谢物的破坏，其作为一种催化转化能力最高的酶，可以极高的速率催化分解过氧化氢为水和氧气，可以达到一分子过氧化氢酶每分钟能催化500万分子过氧化氢。

过氧化氢酶的区分类别是，一种真核过氧化氢酶和原核过氧化氢酶。真核过氧化氢酶主要来自植物和动物组织，包括哺乳动物组织中过氧化氢酶含量差异很大，肝脏含量最高，最低是结缔组织的含量，在组织细胞内过氧化氢酶主要存在于细胞器。微生物是原核过氧化氢酶的来源体。过氧化氢酶是存在于几乎所有的需氧微生物中，只有极少数的不存在过氧化氢酶，例如过氧化醋杆菌(A．peroxydas)。根据他们的理化特性差异，可以将过氧化氢酶划分为典型性、非典型性和过氧化氢酶-过氧化物酶(catalase-peroxidases)，通常认为这也是一种符合进化关系的划分。根据催化中心结构差异可大致分为两类：

(1)含铁卟啉结构过氧化氢酶，又称铁卟啉酶；

(2)含锰离子替代铁的卟啉结构，又称为锰过氧化氢酶。

用过氧化氢来替代氯气这种含毒的漂白剂，用以工业漂白和消毒产品，这是从上世纪八十年代开始的，并且生产纸张和其他工业产品的工厂普遍开始使用过氧化氢作为有毒氯气的替代品来作为漂白和消毒产品。过氧化氢可以用来消除有害细菌在新鲜的蔬菜和水果，如大肠杆菌和沙门氏菌，还可用于消毒产品等。在去除残留过氧化氢生产流程的过程中，人们逐渐把注意力转向酶的催化效率高，过氧化氢酶被大规模的使用在医药和食品、纺织等行业。过氧化氢酶酶制剂的应用会逐渐的普及并将逐步取代蛋白酶水解酶在纺织等行业的使用。

2.金属及金属氧化物

金属铂能作为过氧化氢催化分解物质，李辉波等采用铂催化法分解过氧化氢。结果表明，铂催化法能在50℃以下分解破坏过氧化氢，催化速度与铂催化表面积成正比，同时不造成钚价态的变化，要控制他的分解速度方法就是依靠温度来控制，这种方法与加热分解法相比具有破坏速度平稳且钚价态不变等优点。采用铂催化分解法在常温就能使过氧化氢分解，分解速度和铂的催化表面积有着直接关系，其随温度增加而增加。

铁的氧化物具有高的催化分解过氧化氢活性。陶景光等通过对过氧化氢催化分解反应动力学研究，通过这可以看出磁化合成铁氧体的催化效率有着很高的效果。并探讨了催化作用机理。考虑到反应物(过氧化氢)是反磁性，而生成物(氧气)是顺磁性，若无外部条件影响，涉及磁性的量子态不会自动变化，上述反应也不会自动发生；而某种磁状态的触发有可能影响该类反应。

3.金属配合物

金属配合物及其Schiff碱类化合物的应用已经得到广泛推广，并在医学和催化、分析化学等各个领域使用及推广。利用Schiff碱具有的抑菌和杀菌、抗肿瘤、抑制病毒的生物活性广泛使用在医学领域；催化领域Schiff碱中的钴和镍也是一种催化剂，不过是作为配合物来使用；Schiff碱也可以是一种铜的缓蚀剂被利用在腐蚀领域；同时，Shciff碱利用其特性基因在光致变色领域中也有很好的使用方式。

Schiff碱作催化剂主要应用于聚合反应、不对称催化环丙烷化反应以及烯烃催化氧化方面和电催化领域。另外，最近研究表明，有些含O、N的Schiff碱金属配合物还具有仿酶催化活性。Schiff碱的过渡金属配合物（其中配合物所选的金属离子主要为Cu(II)、Mn(II)、Co(II)等离子）在各个专业领域得到广泛的应用，尤其是医药领域以及生命领域内都具有极为广泛的应用范围。

李静妍等制备出6种具有催化效果的希夫碱金属配合物，并研究分析了希夫碱金属配合物对过氧化氢分解的催化作用并将其应用于棉织物等浸渍漂白等工艺，考察其催化效果。实验表明，在没有催化剂的情况下，过氧化氢条件下的低温和低碱分解速率非常缓慢，远低于要求的漂白。添加催化剂，双氧水分解率有了明显的提高，这就解释了希夫碱金属配合物具有良好的催化分解过氧化氢的影响。催化剂的催化效果有着明显的差别，即使是在同样的外部条件下进行，不过总体来说催化剂的催化效果为铜配合物好于钴配合物，钴配合物好于锰配合物，同时他也考查了特定稳定剂加配合物催化剂改进的氧漂汽蒸工艺对织物损伤较小，具有一定节能减排的优势。我们课题组也合成了如：乙酰胺合铜、二丙酮缩乙二胺合铜，乙二胺合铜等新型配合物、其中乙二胺合铜还培养出来了单晶，并考察了不同条件下催化剂对双氧水分解的影响，实验表明催化活性都非常优秀，并能多次重复使用。

4.杂多酸及其盐

马惠敏等通过实验发现，十二钼磷酸对H2O2分解几乎无活性，而其盐类(Fe3+、Cu2+、Co2+、Mn2+)则都有很好的活性，认为活性种是杂多酸盐的抗衡阳离子。如在杂多酸阴离子中引入V，部份的取代钼，不仅催化剂活性随V的取代数有规律地增加，而且，动力学曲线具有S-型特征，表明反应中活性中心-阴离子中的钒和底物作用生成活性中间体。

5.复合体系催化剂

两种及两种以上物质组成，其中至少一种具有催化活性，另一种具有促进作用，这样的催化剂叫复合体系催化剂。陈小斌等研究发现碘化钾和钨酸钠一定比例混合物有着强烈的催化分解作用，其作用条件是在碱性条件下进行，这些复合体系对过氧化氢的催化分解有着明显的共同促进效果。分析出了催化剂对催化双氧水分解速度的影响。当碘化钾与钨酸钠物质的量比为5∶5～6∶4时，催化活性最高。给出了催化反应的动力学方程，计算得到反应的Arrhenius活化能Ea=24．4 KJ．mol．L-1，并对催化反应机理进行了合理的推测。

6.展望

随着人们绿色环保意识与要求的不断加强，对水电汽的节省，生产效率的提升等诸多要求，同时，有想要环保减少污染，还能催化分解过氧化氢的物质中过氧化氢酶显然具备着诸多优点。但其缺点也显而易见，就是成本高昂易失活等各种问题也让其在在纺织等工业的大规模应用面临着困难。满足人们诸多要求的又具有较好发展前景的模拟酶催化剂，还要有优异的物理化学性质，并避免极易团聚影响其催化性

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殷杰（1971～），男，信阳职业技术学院化工学院，研究方向：应用化学。

(责任编辑李燕）

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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河南省科技厅科技公关项目（152102110159）。能，若是小分子催化剂要寻找良好的负载剂能有效的避开从反应体系中分离，进而能使催化剂能反复使用。所以开发新型高效、环保、低温下具有催化活性并有优异的物理化学性质、价格低廉、易得并能大规模应用到纺织等工业也就是今后研究开发的重点。