Пероксид водорода

Чистая перекись водорода представляет собой бесцветную жидкость, смешивающуюся с водой. Он часто поставляется в виде раствора 40% (масса/масса), но также может быть получен примерно до 70% (масса/масса). Он используется в основном в качестве отбеливателя.

Применение перекиси водорода

Отбеливающие свойства перекиси водорода используются во многих отраслях промышленности. Возможно, его наиболее знакомое повседневное использование — в запатентованных продуктах, используемых для стирки одежды, например, в некоторых формах VanishTM. Большие количества перекиси водорода используются для производства пербората натрия и перкарбоната натрия, которые используются в качестве отбеливающих агентов в жидких и твердых моющих средствах. Перборат натрия, NaBO3.4H2O, производится путем добавления перекиси водорода к раствору метабората натрия и гидроксида натрия. Перкарбонат натрия получают добавлением перекиси водорода к раствору карбоната натрия.

Рисунок 1 Использование перекиси водорода.

Рисунок 2. Зимородок может кормиться в ранее загрязненной реке, которую очистили, обработав раствором перекиси водорода.
С любезного разрешения Solvay.    

Хотя на его использование в моющих средствах приходится большое количество перекиси водорода, большая часть из них используется в растворе для отбеливания бумаги (увеличивая ее яркость), древесной массы и тканей. А недавно были запущены очень крупные заводы в Антверпене (Бельгия) и на промышленном комплексе в Мап Та Пхут (Таиланд). Третий крупный завод строится на восточном побережье Саудовской Аравии, на берегу Персидского залива, в Джубайле. Все три завода будут производить перекись водорода, которая будет использоваться для производства эпоксипропана (окиси пропилена) путем прямого окисления пропилена. Эпоксипропан, в свою очередь, будет использоваться главным образом для производства полиуретанов.

Рис. 3. Вид на нефтехимический комплекс Man Ta Phut в Сиамском заливе, недалеко от границы с Камбоджей. Недавно на комплексе был введен в эксплуатацию завод по производству перекиси водорода. Он способен производить более 330 000 тонн перекиси водорода в год, что является крупнейшим подобным заводом в мире. На этой фотографии показаны дистилляционные колонны, используемые для выделения алканов из природного газа. Водород, необходимый для производства перекиси водорода, получают из метана в природном газе.
С любезного разрешения Лав Криттая (Wikimedia Commons)    

Годовое производство перекиси водорода

(выражено как H2O2 100%)

Мировые 4.3 млн тонн1    

Китай 1.5 млн тонн2    

США 400 000 тонн2    

Бельгия 300 000 тонн2    

Таиланд 300 000 тонн2    

Канада 200 000 тонн2    

Данные из:
1. Merchant Research and Consulting Ltd. 2015 г.
2. По оценкам Merchant Research and Consulting Ltd., 2015 г.

Производство перекиси водорода

Более 99% перекиси водорода производится в процессе автоокисления.

Основные этапы:
а) гидрирование антрахинона
б) окисление образующегося антрахинола
в) экстракция раствором перекиси водорода
г) очистка и концентрирование перекиси водорода

Рис. 4. Вид завода по производству перекиси водорода в Лойне, недалеко от Лейпцига в Германии.
С любезного разрешения Arkema.    

Процесс

Реакции представлены на рисунке 4.

(а) Гидрирование антрохинона

В процессе обычно используют 2-этилпроизводное антрахинона.

Раствор 2-этилантрахинона в системе смешанных растворителей, содержащей неполярный углеводород и полярный растворитель, и суспензию катализатора на основе никеля или палладия на твердом носителе, гидрируют с использованием газообразного водорода при температуре около 320 К. Восстановление к 2-алкилантрахинолу. Катализатор удаляют фильтрованием и возвращают в цикл.

(б) Окисление антрахинола

Раствор 2-этилантрахинола затем окисляется воздухом до гидропероксида, который вступает в реакцию в воде с преобразованием 2-этилантрахинона и образованием разбавленного раствора перекиси водорода.

Рисунок 5 Производство перекиси водорода с использованием 2-этилантрахинона.

Таким образом, общая реакция:

Рис. 6 Установка окисления для производства перекиси водорода в Жарри, к югу от Гренобля, Франция.
С любезного разрешения Arkema.    

(c) Экстракция раствором перекиси водорода

Добавляют воду для извлечения пероксида в виде водного раствора, содержащего 40% пероксида водорода. Слой органического растворителя рециркулируют в установку гидрирования для дальнейшей реакции.

(d) Очистка и концентрирование перекиси водорода

Водный раствор пероксида водорода обрабатывают органическими растворителями и пропускают через него воздух для удаления остаточного хинона и растворителей и получения стандартного 40% продукта. В некоторых случаях требуется продукт с более высокой концентрацией, который получают путем концентрирования в вакууме или дистилляции до концентрации до 70%.

Перекись водорода в чистом виде по своей природе стабильна. Однако при контакте с некоторыми загрязняющими веществами (в основном тяжелыми металлами) он может разлагаться. Поэтому в продукт обычно добавляют стабилизаторы. Они действуют, образуя комплексы с любыми следами присутствующих ионов переходных металлов, которые в противном случае катализировали бы разложение перекиси водорода. Типичными стабилизаторами являются станнат натрия (IV) (который гидролизуется до гидроксида олова (IV)) и различные фосфаты.

 Рисунок 7 Выгружается раствор перекиси водорода, проехавший от места его приготовления. Он используется для получения гидразина. Гидразин используется в качестве топлива в большинстве спутников, а также в качестве прекурсора азида натрия (газообразующего агента в подушках безопасности) и различных пестицидов.

С любезного разрешения Arkema.