ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์บริสุทธิ์เป็นของเหลวไม่มีสีซึ่งสามารถผสมกับน้ำได้ มันมักจะถูกจัดให้เป็นสารละลาย 40%(w/w) แต่ยังสามารถหาได้มากถึงประมาณ 70%(w/w) มันถูกใช้เป็นสารฟอกขาวเป็นหลัก

การใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

คุณสมบัติการฟอกขาวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ใช้ในหลายอุตสาหกรรม บางทีการใช้งานในแต่ละวันที่คุ้นเคยที่สุดก็คือในผลิตภัณฑ์ที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่งใช้ในการซักผ้า เช่น ในรูปแบบ VanishTM บางรูปแบบ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ปริมาณมากใช้ในการผลิตโซเดียมเปอร์บอเรตและโซเดียมเปอร์ออกไซด์ ซึ่งใช้เป็นสารฟอกขาวในผงซักฟอกที่เป็นของเหลวและของแข็ง โซเดียมเปอร์บอเรต NaBO3.4H2O ทำโดยการเติมไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ลงในสารละลายของโซเดียมเมตาบอเรตและโซเดียมไฮดรอกไซด์ โซเดียมเปอร์ออกไซด์เตรียมโดยการเติมไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ลงในสารละลายโซเดียมคาร์บอเนต

รูปที่ 1 การใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

รูปที่ 2 นกกระเต็นสามารถหากินในแม่น้ำที่เคยเป็นมลพิษ ซึ่งได้รับการทำความสะอาดโดยการบำบัดด้วยสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์
โดยได้รับอนุญาตจาก Solvay    

แม้ว่าการใช้ในผงซักฟอกจะมีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในปริมาณมาก แต่ส่วนใหญ่จะใช้ในสารละลายสำหรับกระดาษฟอกขาว (เพิ่มความสว่าง) เยื่อไม้ และผ้า และเมื่อเร็วๆ นี้ มีโรงงานขนาดใหญ่มากเกิดขึ้นในเมืองแอนต์เวิร์ป (ประเทศเบลเยียม) และที่ศูนย์อุตสาหกรรมที่มาบตาพุด (ประเทศไทย) โรงงานขนาดใหญ่แห่งที่สามกำลังถูกสร้างขึ้นบนชายฝั่งทะเลตะวันออกของซาอุดีอาระเบียในอ่าวเปอร์เซียที่ Jubail โรงงานทั้งสามแห่งจะผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ซึ่งจะใช้ในการผลิตอีพอกซีโพรเพน (โพรพิลีนออกไซด์) โดยออกซิเดชั่นโดยตรงของโพรพีน ในทางกลับกัน อีพ็อกซีโพรเพนจะถูกใช้เป็นหลักในการผลิตโพลียูรีเทน

รูปที่ 3 มุมมองของคอมเพล็กซ์ปิโตรเคมีมันตาพุดในอ่าวไทย ใกล้กับชายแดนกัมพูชา โรงงานผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เพิ่งเริ่มดำเนินการในคอมเพล็กซ์ สามารถผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้มากกว่า 330 ตันต่อปี ซึ่งเป็นโรงงานดังกล่าวที่ใหญ่ที่สุดในโลก ภาพนี้แสดงหอกลั่นที่ใช้ในการแยกอัลเคนออกจากก๊าซธรรมชาติ ไฮโดรเจนที่จำเป็นในการผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นั้นมาจากก๊าซมีเทนในก๊าซธรรมชาติ
โดยความกรุณาจาก Love Kraya (วิกิมีเดียคอมมอนส์)    

การผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ประจำปี

(แสดงเป็น H2O2 100%)

โลก 4.3 ล้านตัน1    

จีน 1.5 ล้านตัน2    

US 400 ตัน000    

เบลเยี่ยม 300 ตัน000    

ประเทศไทย 300 ตัน000    

แคนาดา 200 ตัน000    

ข้อมูลจาก:
1. Merchant Research and Consulting Ltd. 2015
2. ประมาณการจาก Merchant Research and Consulting Ltd. 2015

การผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์กว่า 99% ผลิตขึ้นโดยกระบวนการออกซิเดชันอัตโนมัติ

ขั้นตอนหลักคือ:
ก) การเติมไฮโดรเจนของแอนทราควิโนน
b) ออกซิเดชันของแอนทราควินอลที่เกิดขึ้น
c) การสกัดสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์
ง) การทำให้บริสุทธิ์และความเข้มข้นของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

รูปที่ 4 มุมมองของโรงงานผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ใน Leuna ใกล้กับ Leipzig ในเยอรมนี
โดยได้รับอนุญาตจาก Arkema    

กระบวนการ

ปฏิกิริยาสรุปไว้ในรูปที่ 4

(a) การเติมไฮโดรเจนของแอนโทรควิโนน

โดยทั่วไปจะใช้อนุพันธ์ 2-ethyl ของแอนทราควิโนนในกระบวนการนี้

สารละลายของ 2-ethylanthraquinone ในระบบตัวทำละลายแบบผสมที่มีไฮโดรคาร์บอนไม่มีขั้วและตัวทำละลายมีขั้ว และสารแขวนลอยของตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีนิกเกิลหรือแพลเลเดียมเป็นส่วนประกอบบนตัวรองรับที่เป็นของแข็ง ถูกเติมไฮโดรเจนโดยใช้ก๊าซไฮโดรเจนที่ประมาณ 320 เครีดักชัน จะเกิด 2- alkylanthraquinol ตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกกำจัดออกโดยการกรองและนำกลับมาใช้ใหม่

(b) ออกซิเดชันของแอนทราควินอล

จากนั้นสารละลายของ 2-ethylanthraquinol จะถูกออกซิไดซ์โดยอากาศเป็นไฮโดรเปอร์ออกไซด์ ซึ่งทำปฏิกิริยาในน้ำเพื่อเปลี่ยนรูป 2-ethylanthraquinone และผลิตสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เจือจาง

รูปที่ 5 การผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์โดยใช้ 2-ethylanthraquinone

ดังนั้นปฏิกิริยาโดยรวมคือ:

รูปที่ 6 หน่วยออกซิไดเซอร์สำหรับการผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ Jarrie ทางตอนใต้ของ Grenoble ประเทศฝรั่งเศส
โดยได้รับอนุญาตจาก Arkema    

(c) การสกัดสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

เติมน้ำเพื่อสกัดเปอร์ออกไซด์เป็นสารละลายน้ำที่มีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 40% ชั้นตัวทำละลายอินทรีย์ถูกรีไซเคิลไปยังหน่วยเติมไฮโดรเจนเพื่อทำปฏิกิริยาต่อไป

(ง) การทำให้บริสุทธิ์และความเข้มข้นของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

สารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เป็นน้ำได้รับการบำบัดด้วยตัวทำละลายอินทรีย์และโดยการสูบอากาศผ่านเพื่อกำจัดควิโนนและตัวทำละลายที่ตกค้าง และผลิตผลิตภัณฑ์มาตรฐาน 40% การใช้งานบางอย่างต้องการผลิตภัณฑ์ที่มีความเข้มข้นสูงกว่าซึ่งผลิตโดยความเข้มข้นของสุญญากาศหรือการกลั่นจนถึงความเข้มข้นสูงถึง 70%

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ที่สุดนั้นมีความเสถียรโดยเนื้อแท้ อย่างไรก็ตาม หากสัมผัสกับสารปนเปื้อนบางชนิด (ส่วนใหญ่เป็นโลหะหนัก) ก็สามารถสลายตัวได้ ดังนั้นโดยปกติแล้วจะมีการเติมสารเพิ่มความคงตัวลงในผลิตภัณฑ์ พวกมันทำหน้าที่โดยการรวมตัวกับร่องรอยของไอออนของโลหะทรานซิชันที่มีอยู่ ซึ่งจะเร่งปฏิกิริยาการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ สารทำให้เสถียรโดยทั่วไปคือโซเดียมสแตนเนต (IV) (ซึ่งไฮโดรไลซ์เป็นดีบุก (IV) ไฮดรอกไซด์) และฟอสเฟตต่างๆ

 รูปที่ 7 กำลังขนถ่ายสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ออกจากที่ที่ผลิต ใช้ทำไฮดราซีน ไฮดราซีนถูกใช้เป็นตัวขับดันในดาวเทียมส่วนใหญ่ และเป็นสารตั้งต้นสำหรับโซเดียมอะไซด์ (สารก่อตัวเป็นก๊าซในถุงลม) และสารกำจัดศัตรูพืชหลายชนิด

โดยได้รับอนุญาตจาก Arkema