پراکسید هیدروژن چگونه ساخته می شود؟

از سفید کردن خمیر کاغذ و ساخت نیمه هادی با تکنولوژی بالا گرفته تا تصفیه فاضلاب، پراکسید هیدروژن یکی از همه کاره ترین ترکیبات شیمیایی در جهان است. علاوه بر کاربردهای تجاری، برای اهداف روزمره مانند تمیز کردن خانه و حذف قالب استفاده می شود.

ساختار مولکولی پراکسید هیدروژن اساساً آب با یک اتم اکسیژن اضافی است. اغلب به آن “مواد شیمیایی سبز” می گویند زیرا هیچ باقیمانده شیمیایی سمی باقی نمی گذارد مگر اینکه حلال اضافه شود.

اگرچه پراکسید هیدروژن ساختار ساده ای دارد، اما تولید انبوه آن شامل یک فرآیند شیمیایی پیچیده و کنترل شده است. بیایید نگاهی دقیق تر به نحوه انجام آن بیندازیم.

یافته های کلیدی

• پراکسید هیدروژن تجاری فرمول شیمیایی ساده ای دارد، اما ساخت آن چندان آسان نیست

• فرآیند آنتراکینون برای تولید پراکسید هیدروژن تجاری استفاده می شود

• یدید پتاسیم تجزیه سریع پراکسید هیدروژن را کاتالیز می کند و اکسیژن تولید می کند که وقتی در صابون به دام می افتد کف ایجاد می کند.

• خواص اکسید کننده قوی پراکسید هیدروژن ذخیره سازی ایمن را حیاتی می کند

فرآیند تولید

بیش از 99 درصد از پراکسید هیدروژن تجاری جهان توسط یک روش تخصصی اتواکسیداسیون معروف به فرآیند آنتراکینون تولید می شود.

اگرچه معادله کلی برای این فرآیند بسیار ساده است، اما چیزهای زیادی در حال انجام است.

ترکیب مستقیم گازهای هیدروژن و اکسیژن در مقیاس صنعتی خطر انفجار بزرگی را ایجاد می کند و به کاتالیزورها و کنترل های بسیار تخصصی نیاز دارد. در عوض، فرآیند آنتراکینون به یک چرخه شیمیایی پیچیده برای انتقال ایمن اتم های هیدروژن به اکسیژن اتمسفر متکی است.

فرآیند آنتراکینون مرحله به مرحله

پراکسید هیدروژن تاریخچه جالبی دارد. اولین بار در سال 1818 کشف شد و فرآیند آنتراکینون در اواخر دهه 1930 توسعه یافت. این روش صنعتی غالب پس از جنگ جهانی دوم شد.

فرآیند آنتراکینون به صورت یک چرخه پیوسته عمل می کند. به جای مصرف مولکول های آلی سنگین ترکیب شده، آنها به طور مداوم بازیافت می شوند تا خروجی بازدهی بالا تولید کنند.

در حضور اکسیژن، آنتراهیدروکینون اکسید می شود. این معمولاً با حباب زدن هوای فشرده از طریق محلول انجام می شود. مولکول‌های اکسیژن با محلول واکنش می‌دهند و پراکسید هیدروژن تولید می‌کنند که سپس در آب استخراج می‌شود تا بتوان با خیال راحت آن را غلیظ و خالص کرد.

مرحله 1 – هیدروژناسیون

این فرآیند با یک آلکیلانتراکینون (مانند 2-اتیل آنتراکینون) حل شده در یک محلول کاری تخصصی متشکل از مخلوطی از حلال های آلی قطبی و غیرقطبی شروع می شود.

گاز هیدروژن در حضور یک کاتالیزور فلز نجیب، معمولا پالادیوم، وارد این مخلوط می شود. هیدروژن با آنتراکینون واکنش داده و آن را به آنتراهیدروکینون کاهش می دهد.

مرحله 2 – فیلتر کردن

محلول کار به طور کامل فیلتر می شود تا کاتالیزور با ارزش پالادیوم جدا و محافظت شود و اطمینان حاصل شود که می توان از آن در چرخه بعدی استفاده مجدد کرد.

مرحله 3 – اکسیداسیون

هوای فشرده از طریق محلول آنتراهیدروکینون حباب می شود. بدون نیاز به یک کاتالیزور گران قیمت، یک واکنش خود به خود اکسیداسیون رخ می دهد.

اکسیژن هوا با آنتراهیدروکینون واکنش می دهد و اتم های هیدروژن را از ساختار شیمیایی آن بیرون می کشد. این کار مولکول را به حالت اولیه آنتراکینون برمی‌گرداند و همزمان پراکسید هیدروژن را سنتز می‌کند.

مرحله 4 – استخراج مایع

در این مرحله، پراکسید هیدروژن تازه تشکیل شده در محلول کاری آلی محبوس می ماند. از آنجا که در آب بسیار محلول است، مخلوط آلی به همراه آب خالص به ستون استخراج پمپ می شود.

آب پراکسید هیدروژن را از لایه آلی استخراج می کند. سپس محلول کار آلی جدا شده، خشک شده و به ابتدای مرحله هیدروژناسیون برگردانده می شود.

مرحله 5 – تصفیه

محلول آبی حاصل معمولاً حدود 30 تا 40 درصد پراکسید هیدروژن تولید می کند. برای دستیابی به درجات صنعتی تجاری (مانند 50٪ یا 70٪)، مخلوط تحت تقطیر خلاء قرار می گیرد که آب اضافی را در دماهای پایین تبخیر می کند تا از تجزیه حرارتی جلوگیری شود.

در محیط های تولید صنعتی، میکرودوزهای تثبیت کننده های شیمیایی مانند سدیم سدیم یا فسفات های آلی مختلف برای اطمینان از حمل و نقل و ذخیره سازی ایمن اضافه می شود.

ذخیره سازی ایمن پراکسید هیدروژن

پراکسید هیدروژن با غلظت بالا به دلیل خواص اکسید کننده قوی، نیازمند پروتکل های ایمنی قوی است. غیر قابل اشتعال است، اما در صورت تماس با مواد آلی مانند چوب، کاغذ یا لباس می تواند آتش های موجود را تا حد زیادی تسریع کند و باعث احتراق خود به خودی شود.

پراکسید هیدروژن باید در مکانی خنک (بین 5-25 درجه سانتیگراد) و دور از گرما و نور مستقیم خورشید نگهداری شود. در حالی که مقادیر کمی از پراکسید خانگی با غلظت کم را می توان در بطری های شیشه ای تیره ذخیره کرد، گریدهای صنعتی با غلظت بالا باید در پلاستیک های با چگالی بالا سازگار (مانند HDPE) یا آلومینیوم و فولاد ضد زنگ به طور خاص پردازش شوند. ظروف صنعتی باید دارای درپوش های هواکش باشند تا از افزایش فشار جلوگیری شود، زیرا ظروف شیشه ای در صورت تجمع گاز اکسیژن می توانند بشکنند.

چه چیزی باعث ایجاد فوم پراکسید هیدروژن می شود؟

هنگامی که پراکسید هیدروژن با ترکیبات خاصی تماس پیدا می کند، تجزیه می شود. در آزمایش محبوب خمیر دندان فیل، مایع ظرفشویی با محلول پراکسید هیدروژن مخلوط شد. سپس محلول یدید پتاسیم اضافه می شود.

یون ید به عنوان یک کاتالیزور بسیار کارآمد عمل می کند. سرعت خروج پراکسید هیدروژن از اتم اکسیژن اضافی خود را افزایش می دهد. حجم عظیم و ناگهانی گاز اکسیژن آزاد شده بلافاصله توسط مواد شوینده ظرفشویی جذب می شود و باعث می شود که یک ستون ضخیم و گرم از فوم متر به هوا پرتاب شود.

نتیجه گیری

اگرچه پراکسید هیدروژن ساختار مولکولی ساده ای دارد، اما تولید انبوه آن به فرآیند آنتراکینون برای تولید ایمن گریدهای تجاری متکی است. مدیریت این اکسید کننده قدرتمند، از هیدروژناسیون در مقیاس صنعتی گرفته تا واکنش های کف سازی چشمگیر، نیازمند کنترل دقیق شیمیایی و پروتکل های ذخیره سازی دقیق است. در نهایت، این تعادل پیچیده شیمی چیزی است که پراکسید هیدروژن را به ابزاری همه کاره در بسیاری از صنایع تبدیل می کند.