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Il perossido di idrogeno

Tempo: 2021-04-29 Colpi : 125

Il perossido di idrogeno puro è un liquido incolore miscibile con acqua. Viene spesso fornito come soluzione al 40% (p/p), ma è anche ottenibile fino a circa il 70% (p/p). Viene utilizzato principalmente come candeggina.

 

Usi del perossido di idrogeno

Le proprietà sbiancanti del perossido di idrogeno sono utilizzate in molti settori. Forse il suo uso quotidiano più familiare è nei prodotti proprietari utilizzati per lavare i vestiti, ad esempio in alcune forme di VanishTM. Grandi quantità di perossido di idrogeno vengono utilizzate per produrre perborato di sodio e percarbonato di sodio, che vengono utilizzati come agenti sbiancanti nei detersivi liquidi e solidi. Il perborato di sodio, NaBO3.4H2O, si ottiene aggiungendo perossido di idrogeno a una soluzione di metaborato di sodio e idrossido di sodio. Il percarbonato di sodio viene preparato aggiungendo perossido di idrogeno a una soluzione di carbonato di sodio.

Figura 1 Usi del perossido di idrogeno.

 

Figura 2  Il martin pescatore è in grado di nutrirsi in un fiume precedentemente inquinato che è stato ripulito trattandolo con una soluzione di perossido di idrogeno.
Per gentile concessione di Solvay.    

Sebbene il suo utilizzo nei detergenti contenga grandi quantità di perossido di idrogeno, la maggior parte viene utilizzata in soluzione per sbiancare la carta (aumentandone la brillantezza), pasta di legno e tessuti. E recentemente sono entrati in funzione impianti molto grandi ad Anversa (Belgio) e nel complesso industriale di Map Ta Phut (Thailandia). Un terzo grande impianto è in costruzione sulla costa orientale dell'Arabia Saudita, nel Golfo Persico, a Jubail. Tutti e tre gli impianti produrranno perossido di idrogeno che verrà utilizzato per produrre epossipropano (ossido di propilene) mediante ossidazione diretta del propene. L'epossipropano, a sua volta, verrà utilizzato principalmente per produrre poliuretani.

 

Figura 3   Una vista del complesso petrolchimico di Man Ta Phut sul Golfo della Thailandia, vicino al confine con la Cambogia.    Nel complesso è stato recentemente messo in funzione un impianto per la produzione di perossido di idrogeno. È in grado di produrre oltre 330 tonnellate di perossido di idrogeno all'anno, il più grande impianto di questo tipo al mondo. Questa fotografia mostra le torri di distillazione utilizzate per la separazione degli alcani dal gas naturale. L'idrogeno necessario per produrre il perossido di idrogeno deriva dal metano presente nel gas naturale.
Per gentile concessione di Love Krittaya (Wikimedia Commons)    

Produzione annuale di perossido di idrogeno

(espresso come H2O2 100%)

Mondo    4.3 milioni di tonnellate1    

Cina    1.5 milioni di tonnellate2    

Stati Uniti    400 000 tonnellate2    

Belgio    300 000 tonnellate2    

Thailandia    300 000 tonnellate2    

Canada    200 000 tonnellate2    

Dati da:
1.  Merchant Research and Consulting Ltd. 2015
2.  Stima basata su Merchant Research and Consulting Ltd. 2015

Produzione di perossido di idrogeno

Oltre il 99% del perossido di idrogeno è prodotto mediante un processo di autossidazione.

Le fasi principali sono:
a) idrogenazione di un antrachinone
b) ossidazione dell'antrachinolo risultante
c) estrazione della soluzione di perossido di idrogeno
d) purificazione e concentrazione del perossido di idrogeno

Figura 4  Vista di un impianto di produzione di perossido di idrogeno a Leuna, vicino a Lipsia in Germania.
Per gentile concessione di Arkema.    

 

Come funziona

Le reazioni sono riepilogate nella Figura 4.

(a) Idrogenazione di un antrochinone

Nel processo viene generalmente utilizzato il derivato 2-etile dell'antrachinone.

Una soluzione del 2-etilantrachinone in un sistema di solventi misti contenente un idrocarburo non polare e un solvente polare e una sospensione di un catalizzatore a base di nichel o palladio su un supporto solido, viene idrogenata utilizzando idrogeno gassoso a circa 320 K.  Riduzione al 2-alchilantrachinolo si verifica. Il catalizzatore viene rimosso mediante filtrazione e riciclato.

(b) Ossidazione dell'antrachinolo

La soluzione di 2-etilantrachinolo viene quindi ossidata dall'aria in un idroperossido, che reagisce in acqua per riformare il 2-etilantrachinone e produrre una soluzione diluita di perossido di idrogeno.

Figura 5 Produzione di perossido di idrogeno utilizzando 2-etilantrachinone.

Quindi la reazione complessiva è:

 

Figura 6 L'unità ossidante per la produzione di perossido di idrogeno a Jarrie, a sud di Grenoble, in Francia.
Per gentile concessione di Arkema.    

(c) Estrazione della soluzione di perossido di idrogeno

Viene aggiunta acqua per estrarre il perossido come soluzione acquosa contenente il 40% di perossido di idrogeno. Lo strato di solvente organico viene riciclato all'unità di idrogenazione per un'ulteriore reazione.

(d) Purificazione e concentrazione del perossido di idrogeno

La soluzione acquosa di perossido di idrogeno viene trattata con solventi organici e mediante pompaggio di aria per rimuovere il chinone residuo e i solventi e produrre il prodotto standard al 40%. Alcune applicazioni richiedono un prodotto a concentrazione più elevata, prodotto mediante concentrazione sotto vuoto o distillazione a concentrazioni fino al 70%.

Il perossido di idrogeno nella sua forma più pura è intrinsecamente stabile. Tuttavia, se messo a contatto con alcuni contaminanti (principalmente metalli pesanti) può decomporsi. Pertanto al prodotto vengono normalmente aggiunti degli stabilizzanti. Agiscono complessandosi con eventuali tracce di ioni di metalli di transizione presenti che altrimenti catalizzerebbero la decomposizione dell'acqua ossigenata. Stabilizzanti tipici sono lo stannato di sodio (IV) (che idrolizza in idrossido di stagno (IV)) e vari fosfati.

 Figura 7: la soluzione di perossido di idrogeno viene scaricata, dopo aver viaggiato da dove è stata prodotta. Viene utilizzato per produrre idrazina. L'idrazina viene utilizzata come propellente nella maggior parte dei satelliti e come precursore della sodio azide (un agente che forma gas negli airbag) e di una varietà di pesticidi.

Per gentile concessione di Arkema.

   

   


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