Wasserstoffperoxid

Reines Wasserstoffperoxid ist eine farblose Flüssigkeit, die mit Wasser mischbar ist. Es wird oft als 40% ige (Gew./Gew.) Lösung geliefert, ist aber auch bis zu ca. 70% (Gew./Gew.) Erhältlich. Es wird hauptsächlich als Bleichmittel verwendet.

Verwendung von Wasserstoffperoxid

Die Bleicheigenschaften von Wasserstoffperoxid werden in vielen Industrien genutzt. Die vielleicht bekannteste tägliche Verwendung sind proprietäre Produkte, die zum Waschen von Kleidung verwendet werden, beispielsweise in einigen Formen von VanishTM. Große Mengen Wasserstoffperoxid werden zur Herstellung von Natriumperborat und Natriumpercarbonat verwendet, die als Bleichmittel in flüssigen und festen Waschmitteln verwendet werden. Natriumperborat, NaBO3.4H2O, wird durch Zugabe von Wasserstoffperoxid zu einer Lösung aus Natriummetaborat und Natriumhydroxid hergestellt. Natriumpercarbonat wird durch Zugabe von Wasserstoffperoxid zu einer Natriumcarbonatlösung hergestellt.

Abbildung 1 Verwendung von Wasserstoffperoxid.

Abbildung 2 Der Eisvogel kann in einem zuvor verschmutzten Fluss fressen, der gereinigt wurde, indem er mit einer Lösung von Wasserstoffperoxid behandelt wurde.
Mit freundlicher Genehmigung von Solvay.    

Während seine Verwendung in Waschmitteln große Mengen an Wasserstoffperoxid ausmacht, wird das meiste in Lösung zum Bleichen von Papier (zur Erhöhung der Helligkeit), Zellstoff und Stoffen verwendet. In jüngster Zeit wurden in Antwerpen (Belgien) und im Industriekomplex Map Ta Phut (Thailand) sehr große Anlagen in Betrieb genommen. Eine dritte große Anlage wird an der Ostküste Saudi-Arabiens am Persischen Golf in Jubail gebaut. Alle drei Anlagen werden Wasserstoffperoxid produzieren, aus dem Epoxypropan (Propylenoxid) durch direkte Oxidation von Propen hergestellt wird. Epoxypropan wird wiederum hauptsächlich zur Herstellung von Polyurethanen verwendet.

Abbildung 3 Eine Ansicht des petrochemischen Komplexes Man Ta Phut am Golf von Thailand nahe der Grenze zu Kambodscha. Vor kurzem wurde in dem Komplex eine Anlage zur Herstellung von Wasserstoffperoxid in Betrieb genommen. Es ist in der Lage, über 330 000 Tonnen Wasserstoffperoxid pro Jahr zu produzieren, die größte derartige Anlage der Welt. Dieses Foto zeigt Destillationstürme zur Abtrennung von Alkanen aus Erdgas. Der zur Herstellung von Wasserstoffperoxid benötigte Wasserstoff stammt aus dem Methan in Erdgas.
Mit freundlicher Genehmigung von Love Krittaya (Wikimedia Commons)    

Jährliche Produktion von Wasserstoffperoxid

(ausgedrückt als H2O2 100%)

Welt 4.3 Millionen Tonnen1    

China 1.5 Millionen Tonnen2    

US 400 000 Tonnen2    

Belgien 300 000 Tonnen2    

Thailand 300 000 Tonnen2    

Kanada 200 000 Tonnen2    

Daten von:
1. Merchant Research and Consulting Ltd. 2015
2. Geschätzt von Merchant Research and Consulting Ltd. 2015

Herstellung von Wasserstoffperoxid

Über 99% des Wasserstoffperoxids werden durch ein Autoxidationsverfahren hergestellt.

Die Hauptphasen sind:
a) Hydrierung eines Anthrachinons
b) Oxidation des resultierenden Anthrachinols
c) Extraktion von Wasserstoffperoxidlösung
d) Reinigung und Konzentration von Wasserstoffperoxid

Abbildung 4 Eine Ansicht einer Produktionsanlage für Wasserstoffperoxid in Leuna bei Leipzig in Deutschland.
Mit freundlicher Genehmigung von Arkema.    

Der Prozess

Die Reaktionen sind in Abbildung 4 zusammengefasst.

(a) Hydrierung eines Anthrochinons

Das 2-Ethylderivat von Anthrachinon wird im Allgemeinen in dem Verfahren verwendet.

Eine Lösung des 2-Ethylanthrachinons in einem gemischten Lösungsmittelsystem, das einen unpolaren Kohlenwasserstoff und ein polares Lösungsmittel enthält, und eine Suspension eines Katalysators auf Nickel- oder Palladiumbasis auf einem festen Träger wird unter Verwendung von Wasserstoffgas bei ca. 320 K hydriert. Reduktion zum 2-Alkylanthrachinol auftritt. Der Katalysator wird durch Filtration entfernt und zurückgeführt.

(b) Oxidation des Anthrachinols

Die Lösung von 2-Ethylanthrachinol wird dann durch Luft zu einem Hydroperoxid oxidiert, das in Wasser unter Bildung von 2-Ethylanthrachinon reagiert und eine verdünnte Lösung von Wasserstoffperoxid erzeugt.

5 Herstellung von Wasserstoffperoxid unter Verwendung von 2-Ethylanthrachinon.

Somit ist die Gesamtreaktion:

Abbildung 6 Die Oxidationseinheit zur Herstellung von Wasserstoffperoxid in Jarrie, südlich von Grenoble, Frankreich.
Mit freundlicher Genehmigung von Arkema.    

(c) Extraktion von Wasserstoffperoxidlösung

Wasser wird zugegeben, um das Peroxid als wässrige Lösung zu extrahieren, die 40% Wasserstoffperoxid enthält. Die organische Lösungsmittelschicht wird zur weiteren Reaktion in die Hydrierungseinheit zurückgeführt.

(d) Reinigung und Konzentration von Wasserstoffperoxid

Die wßrige Wasserstoffperoxidlösung wird mit organischen Lösungsmitteln und durch Durchpumpen von Luft behandelt, um restliches Chinon und Lösungsmittel zu entfernen und das 40%-Standardprodukt herzustellen. Einige Anwendungen erfordern höher konzentrierte Produkte, die durch Vakuumkonzentrierung oder Destillation auf Konzentrationen von bis zu 70 % hergestellt werden.

Wasserstoffperoxid in seiner reinsten Form ist von Natur aus stabil. Wenn es jedoch mit bestimmten Verunreinigungen (hauptsächlich Schwermetallen) in Kontakt gebracht wird, kann es sich zersetzen. Daher werden dem Produkt normalerweise Stabilisatoren zugesetzt. Sie wirken durch Komplexierung mit Spuren vorhandener Übergangsmetallionen, die sonst die Zersetzung von Wasserstoffperoxid katalysieren würden. Typische Stabilisatoren sind Natriumstannat (IV) (das zu Zinn (IV) -hydroxid hydrolysiert) und verschiedene Phosphate.

 Abbildung 7 Die Wasserstoffperoxidlösung wird entladen, nachdem sie von ihrem Herstellungsort aus gereist ist. Es wird zur Herstellung von Hydrazin verwendet. Hydrazin wird in den meisten Satelliten als Treibmittel und als Vorstufe für Natriumazid (ein Gasbildner in Airbags) und für eine Vielzahl von Pestiziden verwendet.

Mit freundlicher Genehmigung von Arkema.