Hydrogen peroxide là chất gì? Các phương pháp điều chế H2O2

Hydrogen peroxide hay còn gọi là hydrogen peroxide là một hợp chất hóa học quen thuộc được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp sản xuất. Vậy H2O2 có nguy hiểm không? Có một số cách pha chế sẽ được giải đáp ở bài viết sau.

1. Hydro Peroxide là gì?

Hydrogen peroxide, thường được gọi là hydrogen peroxide, là chất oxy hóa lỏng, không màu.

– Công thức hóa học: H2O2.

H2O2 là gì?

– Trong cơ thể con người tồn tại trong lysosome của bạch cầu, đảm nhiệm chức năng miễn dịch, bảo vệ cơ thể chống lại các tác nhân gây hại (vi khuẩn, virus) từ môi trường bên ngoài xâm nhập. Vì vậy, nó có tác dụng sát trùng nhẹ nên được ứng dụng trong dược phẩm như một chất sát trùng.

– Tên khác: Hydroperoxide, hydrogen dioxide.

2. Tính chất lý hóa vượt trội của Hydrogen Peroxide

2.1. Tính chất vật lý

– Trạng thái: Tồn tại ở dạng rắn, lỏng và khí, thường là chất lỏng trong suốt, không màu.

– Có mùi tương đối nồng.

– Áp suất hơi (mm HG): 23 mmHg.

– Mật độ hơi (Air=1): 1,1

– Hòa tan tốt trong nước.

– Độ PH: 2,5 – 3,5.

– Mật độ (kg/m3): 1,1.

– Nhiệt độ sôi (0C): 108°C.

– Nhiệt độ nóng chảy (0C): 33°C.

– Tốc độ bay hơi: >1.

– Phân tử: 34,01g/mol.

– Độ nhớt: 1.245 cP ở 20 độ C.

Tính chất vật lý của H2O2

– Cấu trúc: Có dạng xiên do lực đẩy giữa các liên kết đơn OO trên nguyên tử oxy. Liên kết hydro ảnh hưởng đến góc liên kết tạo ra sự khác biệt giữa dạng tinh thể và dạng hơi, trong tinh thể có khoảng trống rộng.

2.2. Tính chất hóa học

2.2.1. Phản ứng phân hủy

– H2O2 dễ phân ly thành nước và oxy. Quá trình phản ứng đi kèm với sự giải phóng nhiệt.

2H2O2→ 2H2O+ O2 + Nhiệt

– Quá trình phân hủy bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, nồng độ peroxid, pH và các tác nhân khác có trong dung dịch.

– Để quá trình phân hủy diễn ra nhanh hơn cần có chất xúc tác có tính kiềm như mangan dioxide, thuốc tím, enzyme bạc hoặc catalase và chất ổn định axit.

– Nếu xúc tác là Fe2+ hoặc Ti3+ thì phản ứng phân hủy sẽ tạo ra hỗn hợp H2O2 và Fe2+ hoặc Ti3+ gọi là thuốc thử Fenton.

2.2.2. Phản ứng oxi hóa khử

– Dung dịch H2O2 có khả năng oxy hóa, khử nhiều loại ion vô cơ để tạo ra khí oxy. Fe hóa trị II trong dung dịch axit bị oxy hóa thành hóa trị III. Phương trình phản ứng

2Fe2+ + H2O2 + 2H+ → 2Fe3+ + 2H2O2

– Trong môi trường kiềm, Mn2+ bị oxy hóa thành Mn4+ (MnO2), Fe hóa trị III bị khử thành sắt hóa trị II.

2Fe3+ + H2O2 + 2OH- → 2Fe2+ + 2H2O + O2

– Đóng vai trò là chất khử trong hóa học hữu cơ theo phương trình sau:

Ph-S-CH3 + H2O2 → Ph-S(O)-CH3 + H2O (xúc tác TiCl3)

– Ngoài ra còn dùng để epoxid hóa các anken như axit acrylic hoặc oxy hóa alkyl boran thành rượu.

2.2.3. Tính chất của axit yếu

– Hydrogen peroxide là axit yếu có pH = 4,5, có thể tạo ra hydrogen peroxide, peroxit hoặc dẫn xuất của nhiều kim loại hoặc tạo ra anion peroxo theo phản ứng anion.

Na2B4O7 + 4H2O2 + 2NaOH → 2Na2B2O7(OH)4 + H2O

– Oxy hóa axit cacboxylic RCOOH thành axit peroxy RCOOH.

– Phản ứng với axeton tạo thành axeton peroxit.

– Phản ứng với ozon tạo thành khí hiđro trioxit.

– Phản ứng với urê tạo thành carbamic peroxide – chất làm trắng răng.

2.2.4. Tính cơ bản

– Ngoài tính chất của axit yếu, nó còn là bazơ yếu, thậm chí còn yếu hơn nước. Tuy nhiên, nó có thể phản ứng với axit rất mạnh để tạo ra một số sản phẩm.

3. Phương pháp điều chế Hydrogen Peroxide

Trước đây, H2O2 được sản xuất bằng cách điện phân axit Sulfuric, Amoni Bisulfate (NH4HSO4) hoặc Barium Peroxide. Nhưng vì những phương pháp này đòi hỏi nhiều điện, nhiên liệu và chi phí sản xuất đắt đỏ nên người ta hiếm khi sử dụng phương pháp này trong công nghiệp. Phương pháp được áp dụng phổ biến nhất hiện nay là sử dụng công nghệ oxy hóa Anthraquinone AO ​​với chất xúc tác là palladium. Để điều chế loại hóa chất này có thể thực hiện theo hai cách sau:

3.1. Phương pháp hydro hóa xúc tác tầng sôi

Phương pháp này ít được áp dụng vì nó có những nhược điểm sau:

– Thiết bị sử dụng khá phức tạp.

– Tốn nhiều năng lượng để vận hành và đặc biệt, quá trình này có thể dẫn đến khả năng gây cháy, nổ.

– Nhiều vụ cháy nổ đã được ghi nhận tại một số nhà máy ở Anh, Pháp, Cộng hòa Liên bang Đức…

3.2. Phương pháp hydro hóa xúc tác trên giường cố định

Quy trình điều chế Hydrogen peroxide (H2O2) bằng phương pháp Anthraquinol xúc tác Paladium trên bệ cố định được thực hiện theo các bước sau:

Điều chế H2O2 ở quy mô công nghiệp

3.2.1. Giai đoạn hydro hóa

– Thành phần: Hỗn hợp dung dịch bao gồm Anthraquinone (thường là 2-Ethyl Anthraquinone) làm chất mang, chất thơm nặng, dung môi hỗ trợ phản ứng là Tri-izo octyl phosphate (TOP). Chuẩn bị các chất này theo tỷ lệ nhất định sau đó cho các nguyên liệu trên vào tháp Hydro hóa bằng hydro. Trong điều kiện áp suất, nhiệt độ và sự có mặt của chất xúc tác palladium, anthraquinone trong hỗn hợp dung dịch sẽ phản ứng với hydro tạo thành anthraquinol tương ứng. Kết thúc quá trình, hỗn hợp dung dịch sẽ được đưa đến tháp phản ứng oxy hóa.

3.2.2. Giai đoạn oxy hóa

Tại đây, anthraquinol sẽ kết hợp với oxy để tạo ra Hydrogen peroxide (H2O2) trở lại dạng anthraquinone ban đầu. Hỗn hợp dung dịch ra khỏi tháp oxy hóa sẽ được chuyển sang công đoạn chiết và tinh chế để thu được sản phẩm.

3.2.3. Giai đoạn chiết xuất và tinh chế

H2O2 sẽ được chiết bằng lỗ đĩa và được chiết bằng nước khử khoáng theo quy trình:

– Hỗn hợp dung dịch ra khỏi tháp oxy hóa được đưa vào đáy tháp chiết.

– Nước khử khoáng đi vào từ đỉnh tháp, ngược chiều chuyển động với hỗn hợp chứa H2O2. – Do H2O2 hòa tan hoàn toàn trong nước nên sẽ được hòa tan hoàn toàn trong nước khử khoáng trước khi ra khỏi tháp chiết.

– Sau đó, H2O2 chiết được trộn lẫn tạp chất trong đó có chất thơm nặng Tri-izo octyl sẽ được đưa đến tháp lọc màng. Trong hỗn hợp dung dịch trên, H2O2 chiếm nồng độ 27,5%. Hỗn hợp dung dịch sau khi chiết hết H2O2 đi vào đáy tháp và được xử lý bằng dung dịch kiềm chuyển từ đỉnh tháp sang tách nước trước khi quay trở lại quá trình hydro hóa. Sau khi kết thúc quá trình, dung dịch kiềm được chuyển sang thiết bị phân tách để tách tạp chất sau đó được cô đặc để tái sử dụng.

3.2.4. Giai đoạn nồng độ dung dịch hydro peroxide

Sau giai đoạn chiết xuất và tinh chế sẽ thu được nồng độ H2O2 là 27,5%. Ở nồng độ này, sản phẩm có thể được bán trực tiếp trên thị trường, tuy nhiên nếu muốn đạt nồng độ cao hơn thì cần phải trải qua quá trình cô đặc như sau:

– Dung dịch Hydrogen Peroxide loãng trong bể được chuyển qua máy bơm, lọc, đun nóng rồi chuyển sang thiết bị bay hơi tháp đệm. Tùy thuộc vào nhiệt độ sôi của từng chất mà nước và Hydrogen peroxide có thể được tách ra theo các nồng độ cần thiết như 30%, 50%, 70%. Quá trình được thực hiện trong điều kiện chân không.

Ngoài phương pháp trên, H2O2 còn được tổng hợp từ 2-ethyl-9, 10-dihydroxyanthracene thành 2-ethylanthraquinone. Trải qua quá trình tự oxy hóa và hydro peroxide sử dụng oxy từ không khí. Dẫn xuất anthraquinone được tách ra khỏi hỗn hợp và sau đó được khử trở lại thành hợp chất dihydroxy bằng khí H2.

Trên đây là thông tin về hóa chất Hydrogen Peroxide. Nếu độc giả có thắc mắc gì có thể liên hệ với chúng tôi. LabTrường Chu Văn An – Địa chỉ uy tín chuyên cung cấp hóa chất, thiết bị, dụng cụ phòng thí nghiệm.