O peróxido de hidrogênio

O peróxido de hidrogênio puro é um líquido incolor que é miscível com água. Muitas vezes é fornecido como uma solução de 40% (p/p), mas também pode ser obtida até cerca de 70% (p/p). É usado principalmente como alvejante.

Usos do peróxido de hidrogênio

As propriedades de branqueamento do peróxido de hidrogênio são usadas em muitas indústrias. Talvez seu uso diário mais familiar seja em produtos patenteados usados ​​na lavagem de roupas, por exemplo, em algumas formas de VanishTM. Grandes quantidades de peróxido de hidrogênio são usadas para fazer perborato de sódio e percarbonato de sódio, que são usados ​​como agentes branqueadores em detergentes líquidos e sólidos. O perborato de sódio, NaBO3.4H2O, é feito pela adição de peróxido de hidrogênio a uma solução de metaborato de sódio e hidróxido de sódio. O percarbonato de sódio é preparado pela adição de peróxido de hidrogênio a uma solução de carbonato de sódio.

Figura 1 Usos do peróxido de hidrogênio.

Figura 2 O martim-pescador consegue se alimentar em um rio previamente poluído que foi despoluído por tratamento com uma solução de peróxido de hidrogênio.
Por gentil permissão da Solvay.    

Embora seu uso em detergentes seja responsável por grandes quantidades de peróxido de hidrogênio, a maioria é utilizada em solução para branquear papéis (aumentando seu brilho), celulose e tecidos. E recentemente, plantas muito grandes entraram em operação em Antuérpia (Bélgica) e no complexo industrial de Map Ta Phut (Tailândia). Uma terceira grande usina está sendo construída na costa leste da Arábia Saudita, no Golfo Pérsico, em Jubail. Todas as três plantas produzirão peróxido de hidrogênio que será usado para fazer epoxipropano (óxido de propileno) por oxidação direta do propeno. O epoxipropano, por sua vez, será utilizado principalmente na fabricação de poliuretanos.

Figura 3 Vista do complexo petroquímico de Man Ta Phut, no Golfo da Tailândia, próximo à fronteira com o Camboja. Recentemente, foi inaugurada uma planta para produzir peróxido de hidrogênio no complexo. É capaz de produzir mais de 330 toneladas de peróxido de hidrogênio por ano, a maior usina desse tipo no mundo. Esta fotografia mostra torres de destilação usadas para a separação de alcanos do gás natural. O hidrogênio necessário para fazer o peróxido de hidrogênio é derivado do metano do gás natural.
Com a gentil permissão de Love Krittaya (Wikimedia Commons)    

Produção anual de peróxido de hidrogênio

(expresso como H2O2 100%)

Mundial 4.3 milhões de toneladas1    

China 1.5 milhão de toneladas2    

US 400 toneladas000    

Bélgica 300 000 toneladas2    

Tailândia 300 toneladas000    

Canadá 200 toneladas000    

Dados de:
1. Merchant Research and Consulting Ltd. 2015
2. Estimado da Merchant Research and Consulting Ltd. 2015

Fabricação de peróxido de hidrogênio

Mais de 99% do peróxido de hidrogênio é fabricado por um processo de auto-oxidação.

As principais etapas são:
a) hidrogenação de uma antraquinona
b) oxidação do antraquinol resultante
c) extração de solução de peróxido de hidrogênio
d) purificação e concentração de peróxido de hidrogênio

Figura 4 Uma vista de uma fábrica de peróxido de hidrogênio em Leuna, perto de Leipzig, na Alemanha.
Por gentil permissão da Arkema.    

O Processo

As reações estão resumidas na Figura 4.

(a) Hidrogenação de uma antroquinona

O derivado 2-etil da antraquinona é geralmente usado no processo.

Uma solução de 2-etilantraquinona em um sistema de solvente misto contendo um hidrocarboneto não polar e um solvente polar, e uma suspensão de um catalisador à base de níquel ou paládio em um suporte sólido, é hidrogenada usando gás hidrogênio a cerca de 320 K. Redução ao 2-alquilantraquinol ocorre. O catalisador é removido por filtração e reciclado.

(b) Oxidação do antraquinol

A solução de 2-etilantraquinol é então oxidada pelo ar a um hidroperóxido, que reage em água para reformar a 2-etilantraquinona e produzir uma solução diluída de peróxido de hidrogênio.

Figura 5 Fabricação de peróxido de hidrogênio usando 2-etilantraquinona.

Assim, a reação global é:

Figura 6 A unidade oxidante para a produção de peróxido de hidrogênio em Jarrie, sul de Grenoble, França.
Por gentil permissão da Arkema.    

(c) Extração de solução de peróxido de hidrogênio

Água é adicionada para extrair o peróxido como uma solução aquosa contendo 40% de peróxido de hidrogênio. A camada de solvente orgânico é reciclada para a unidade de hidrogenação para posterior reação.

(d) Purificação e concentração de peróxido de hidrogênio

A solução aquosa de peróxido de hidrogênio é tratada com solventes orgânicos e por ar sendo bombeado para remover quinona residual e solventes e produzir o produto padrão de 40%. Algumas aplicações requerem um produto de maior concentração que é produzido por concentração a vácuo ou destilação para concentrações de até 70%.

O peróxido de hidrogênio em sua forma mais pura é inerentemente estável. No entanto, se entrar em contato com certos contaminantes (principalmente metais pesados), pode se decompor. Portanto, estabilizantes são normalmente adicionados ao produto. Eles agem por complexação com quaisquer vestígios de íons de metais de transição presentes que, de outra forma, catalisariam a decomposição do peróxido de hidrogênio. Os estabilizadores típicos são o estanato de sódio(IV) (que hidrolisa em hidróxido de estanho(IV)) e vários fosfatos.

 Figura 7 A solução de peróxido de hidrogênio está sendo descarregada, tendo viajado de onde foi feita. Ele está sendo usado para fazer hidrazina. A hidrazina é usada como propulsor na maioria dos satélites e como precursor da azida de sódio (agente formador de gás em bolsas de ar) e de uma variedade de pesticidas.

Por gentil permissão da Arkema.