Vandenilio peroksidas

Grynas vandenilio peroksidas yra bespalvis skystis, kuris maišosi su vandeniu. Jis dažnai tiekiamas kaip 40 % (m/m) tirpalas, bet taip pat galima gauti iki maždaug 70 % (m/m). Jis daugiausia naudojamas kaip baliklis.

Vandenilio peroksido naudojimas

Vandenilio peroksido balinimo savybės naudojamos daugelyje pramonės šakų. Ko gero, labiausiai žinomas kasdienis jo naudojimas yra patentuotuose gaminiuose, naudojamuose skalbiant drabužius, pavyzdžiui, kai kuriose VanishTM formose. Dideli vandenilio peroksido kiekiai naudojami natrio perborato ir natrio perkarbonato gamybai, kurie naudojami kaip balinimo medžiagos skystuose ir kietuose plovikliuose. Natrio perboratas, NaBO3.4H2O, gaunamas į natrio metaborato ir natrio hidroksido tirpalą pridedant vandenilio peroksido. Natrio perkarbonatas gaunamas į natrio karbonato tirpalą įpilant vandenilio peroksido.

1 pav. Vandenilio peroksido panaudojimas.

2 pav. Karalžuvė gali maitintis anksčiau užterštoje upėje, kuri buvo išvalyta apdorojant ją vandenilio peroksido tirpalu.
Su maloniu Solvay leidimu.    

Nors jo naudojimas plovikliuose sudaro didelį vandenilio peroksido kiekį, dauguma jo yra naudojami popieriui balinti (padidinant jo ryškumą), medienos plaušienai ir audiniams. Neseniai Antverpene (Belgija) ir Map Ta Phut (Tailandas) pramoniniame komplekse pradėjo veikti labai didelės gamyklos. Trečioji didelė gamykla statoma Saudo Arabijos rytinėje pakrantėje, Persijos įlankoje, Jubaile. Visos trys gamyklos gamins vandenilio peroksidą, kuris bus naudojamas epoksipropanui (propileno oksidui) gaminti tiesiogiai oksiduojant propeną. Epoksipropanas savo ruožtu bus daugiausia naudojamas poliuretanams gaminti.

3 pav. Man Ta Phut naftos chemijos komplekso Tailando įlankoje, netoli sienos su Kambodža, vaizdas. Komplekse neseniai buvo pradėta eksploatuoti gamykla, gaminanti vandenilio peroksidą. Per metus ji gali pagaminti daugiau nei 330 000 tonų vandenilio peroksido – didžiausia tokia gamykla pasaulyje. Šioje nuotraukoje pavaizduoti distiliavimo bokštai, naudojami alkanams atskirti nuo gamtinių dujų. Vandenilis, reikalingas vandenilio peroksido gamybai, gaunamas iš gamtinėse dujose esančio metano.
Geru Love Krittaya leidimu (Wikimedia Commons)    

Kasmetinė vandenilio peroksido gamyba

(išreikštas kaip H2O2 100%)

Pasaulyje 4.3 mln. tonų1    

Kinija 1.5 mln. tonų2    

JAV 400 000 tonų2    

Belgija 300 000 tonų2    

Tailandas 300 000 tonų2    

Kanada 200 000 tonų2    

Duomenys iš:
1. Merchant Research and Consulting Ltd. 2015 m
2. Apskaičiuota pagal Merchant Research and Consulting Ltd. 2015 m

Vandenilio peroksido gamyba

Daugiau nei 99% vandenilio peroksido pagaminama autoksidacijos būdu.

Pagrindiniai etapai yra šie:
a) antrachinono hidrinimas
b) susidariusio antrachinolio oksidacija
c) vandenilio peroksido tirpalo ekstrahavimas
d) vandenilio peroksido valymas ir koncentravimas

4 pav. Vandenilio peroksido gamyklos Leunoje, netoli Leipcigo, Vokietijoje, vaizdas.
Arkemos maloniu leidimu.    

Procesas

Reakcijos apibendrintos 4 paveiksle.

a) antrochinono hidrinimas

Šiame procese paprastai naudojamas antrachinono 2-etilo darinys.

2-etilantrachinono tirpalas mišrioje tirpiklių sistemoje, turinčioje nepolinį angliavandenilį ir polinį tirpiklį, ir nikelio arba paladžio pagrindo katalizatoriaus suspensiją ant kieto pagrindo, hidrinamas naudojant vandenilio dujas maždaug 320 K temperatūroje. susidaro 2-alkilantrachinolis. Katalizatorius pašalinamas filtruojant ir perdirbamas.

b) antrachinolio oksidacija

Tada 2-etilantrachinolio tirpalas oksiduojamas oru iki hidroperoksido, kuris reaguoja vandenyje, kad būtų reformuotas 2-etilantrachinonas ir susidarytų atskiestas vandenilio peroksido tirpalas.

5 pav. Vandenilio peroksido gamyba naudojant 2-etilantrachinoną.

Taigi bendra reakcija yra tokia:

6 paveikslas Oksidatoriaus įrenginys vandenilio peroksido gamybai Jarrie mieste, į pietus nuo Grenoblio, Prancūzijoje.
Arkemos maloniu leidimu.    

c) vandenilio peroksido tirpalo ekstrahavimas

Įpilama vandens, kad peroksidas būtų ekstrahuojamas kaip vandeninis tirpalas, kuriame yra 40% vandenilio peroksido. Organinio tirpiklio sluoksnis yra grąžinamas į hidrinimo įrenginį tolesnei reakcijai.

d) vandenilio peroksido valymas ir koncentracija

Vandeninis vandenilio peroksido tirpalas apdorojamas organiniais tirpikliais ir perpumpuojamas oru, kad pašalintų chinono ir tirpiklių likučius ir gautų standartinį 40 % produktą. Kai kurioms reikmėms reikalingas didesnės koncentracijos produktas, kuris gaunamas koncentruojant vakuume arba distiliuojant iki 70 %.

Vandenilio peroksidas gryniausia forma yra stabilus. Tačiau susilietus su tam tikrais teršalais (daugiausia sunkiaisiais metalais), jis gali suirti. Todėl į gaminį paprastai dedama stabilizatorių. Jie veikia kompleksuodami su bet kokiais pereinamųjų metalų jonų pėdsakais, kurie kitu atveju katalizuoja vandenilio peroksido skilimą. Tipiški stabilizatoriai yra natrio stanatas (IV) (kuris hidrolizuojasi iki alavo (IV) hidroksido) ir įvairūs fosfatai.

 7 pav. Vandenilio peroksido tirpalas iškraunamas iš jo pagaminimo vietos. Jis naudojamas hidrazinui gaminti. Hidrazinas naudojamas kaip raketinis kuras daugelyje palydovų ir kaip natrio azido (oro pagalvėse esančios dujas formuojančios medžiagos) ir įvairių pesticidų pirmtakas.

Arkemos maloniu leidimu.