Vodikov peroksid

Čisti vodikov peroksid je brezbarvna tekočina, ki se meša z vodo. Pogosto se dobavlja kot 40 % (m/m) raztopina, vendar je na voljo tudi do približno 70 % (m/m). Uporablja se predvsem kot belilo.

Uporaba vodikovega peroksida

Belilne lastnosti vodikovega peroksida se uporabljajo v številnih panogah. Morda je njegova najbolj poznana vsakodnevna uporaba v zaščitenih izdelkih, ki se uporabljajo za pranje oblačil, na primer v nekaterih oblikah VanishTM. Velike količine vodikovega peroksida se uporabljajo za izdelavo natrijevega perborata in natrijevega perkarbonata, ki se uporabljata kot belilna sredstva v tekočih in trdnih detergentih. Natrijev perborat, NaBO3.4H2O, je narejen z dodajanjem vodikovega peroksida raztopini natrijevega metaborata in natrijevega hidroksida. Natrijev perkarbonat pripravimo tako, da raztopini natrijevega karbonata dodamo vodikov peroksid.

Slika 1 Uporaba vodikovega peroksida.

Slika 2 Vodomec se lahko hrani v predhodno onesnaženi reki, ki je bila očiščena z obdelavo z raztopino vodikovega peroksida.
S prijaznim dovoljenjem Solvaya.    

Medtem ko njegova uporaba v detergentih predstavlja velike količine vodikovega peroksida, se večina uporablja v raztopini za beljenje papirja (povečanje njegove svetlosti), lesne mase in tkanin. Pred kratkim so začeli delovati zelo veliki obrati v Antwerpnu (Belgija) in v industrijskem kompleksu v Map Ta Phutu (Tajska). Tretja velika tovarna se gradi na vzhodni obali Savdske Arabije, v Perzijskem zalivu, v Jubailu. Vse tri tovarne bodo proizvajale vodikov peroksid, ki bo uporabljen za izdelavo epoksipropana (propilen oksida) z neposredno oksidacijo propena. Epoksipropan se bo uporabljal predvsem za proizvodnjo poliuretanov.

Slika 3 Pogled na petrokemični kompleks Man Ta Phut v Tajskem zalivu, blizu meje s Kambodžo. V kompleksu so pred kratkim začeli obratovati obrat za proizvodnjo vodikovega peroksida. Sposoben je proizvesti več kot 330 000 ton vodikovega peroksida na leto, kar je največja tovrstna tovarna na svetu. Ta fotografija prikazuje destilacijske stolpe, ki se uporabljajo za ločevanje alkanov iz zemeljskega plina. Vodik, potreben za izdelavo vodikovega peroksida, izhaja iz metana v zemeljskem plinu.
S prijaznim dovoljenjem Love Krittaya (Wikimedia Commons)    

Letna proizvodnja vodikovega peroksida

(izraženo kot H2O2 100 %)

Svet 4.3 milijona ton1    

Kitajska 1.5 milijona ton2    

ZDA 400 000 ton2    

Belgija 300 000 ton2    

Tajska 300 000 ton2    

Kanada 200 000 ton2    

Podatki iz:
1. Merchant Research and Consulting doo 2015
2. Ocenjeno na podlagi Merchant Research and Consulting Ltd. 2015

Proizvodnja vodikovega peroksida

Več kot 99 % vodikovega peroksida se proizvede s postopkom avtooksidacije.

Glavne faze so:
a) hidrogeniranje antrakinona
b) oksidacija nastalega antrakinola
c) ekstrakcija raztopine vodikovega peroksida
d) čiščenje in koncentracija vodikovega peroksida

Slika 4 Pogled na proizvodni obrat za vodikov peroksid v Leuni blizu Leipziga v Nemčiji.
S prijaznim dovoljenjem Arkeme.    

Proces

Reakcije so povzete na sliki 4.

(a) Hidrogeniranje antrokinona

V postopku se običajno uporablja 2-etil derivat antrakinona.

Raztopino 2-etilanttrakinona v mešanem sistemu topil, ki vsebuje nepolarni ogljikovodik in polarno topilo ter suspenzijo katalizatorja na osnovi niklja ali paladija na trdnem nosilcu, hidrogeniramo z vodikovim plinom pri približno 320 K. Redukcija do 2- alkilantrakinola. Katalizator odstranimo s filtracijo in recikliramo.

(b) Oksidacija antrakinola

Raztopina 2-etilanttrakinola se nato z zrakom oksidira v hidroperoksid, ki reagira v vodi, da preoblikuje 2-etilanttrakinon in proizvede razredčeno raztopino vodikovega peroksida.

Slika 5 Proizvodnja vodikovega peroksida z uporabo 2-etilanttrakinona.

Tako je splošna reakcija:

Slika 6 Enota za oksidacijo za proizvodnjo vodikovega peroksida v Jarrieju, južno od Grenobla v Franciji.
S prijaznim dovoljenjem Arkeme.    

(c) Ekstrakcija raztopine vodikovega peroksida

Dodamo vodo, da ekstrahiramo peroksid kot vodno raztopino, ki vsebuje 40 % vodikovega peroksida. Plast organskega topila se reciklira v hidrogenirno enoto za nadaljnjo reakcijo.

(d) Čiščenje in koncentracija vodikovega peroksida

Vodno raztopino vodikovega peroksida obdelamo z organskimi topili in s črpanjem zraka, da odstranimo ostanke kinona in topil ter proizvedemo standardni 40-odstotni produkt. Nekatere aplikacije zahtevajo produkt z višjo koncentracijo, ki se proizvaja z vakuumsko koncentracijo ali destilacijo do koncentracij do 70 %.

Vodikov peroksid v najčistejši obliki je sam po sebi stabilen. Če pa pride v stik z nekaterimi onesnaževalci (predvsem težkimi kovinami), se lahko razgradi. Zato se izdelku običajno dodajo stabilizatorji. Delujejo tako, da tvorijo kompleks s kakršnimi koli sledmi prisotnih ionov prehodnih kovin, ki bi sicer katalizirali razgradnjo vodikovega peroksida. Tipični stabilizatorji so natrijev stanat(IV) (ki hidrolizira v kositrov(IV) hidroksid) in različni fosfati.

 Slika 7 Raztopina vodikovega peroksida se raztovarja, saj je odpotovala od mesta, kjer je bila narejena. Uporablja se za izdelavo hidrazina. Hidrazin se uporablja kot pogonsko gorivo v večini satelitov in kot predhodnik za natrijev azid (sredstvo za tvorbo plina v zračnih blazinah) in za različne pesticide.

S prijaznim dovoljenjem Arkeme.