| Перекис водню
Більшість людей знають перекис водню як сполуку, яка відбілює волосся. Також його можна використовувати для знезараження води.
Луї Жак Тенар відкрив перекис водню в 1818 р. Перекис водню складається з атомів кисню та водню. Їх можна знайти скрізь на землі. Перекис водню містить поєднання двох атомів водню та двох атомів кисню.
У навколишньому середовищі перекис водню можна знайти в дуже низьких концентраціях. Газоподібна перекис водню утворюється в результаті фотохімічних реакцій в атмосфері, що оточує землю. Він також може міститися у воді в невеликих кількостях.
Пероксид - хімічна сполука, що містить іон пероксиду (O2 2-).
Іон пероксиду складається з єдиного зв’язку між двома атомами кисню: (O-O) 2-. Це сильний окислювач.
Перекис водню має хімічну формулу H2O2 та таку структурну формулу:
Н-О-О-Н
Молекула перекису водню містить один зайвий атом кисню порівняно з більш стабільною молекулою води. Зв'язок між двома атомами кисню, так званий пероксидний зв'язок, порушується, поки утворюються два радикали H-O. Ці радикали швидко реагують з іншими речовинами, тоді як утворюються нові радикали і відбувається ланцюгова реакція. Розчини перекису водню схожі на воду і можуть нестримно розчинятися у воді. При високій концентрації ці розчини видають подразний, кислий запах. Перекис водню легкозаймиста. При низьких температурах він стає твердим. Кількість перекису водню в розчині виражається у вагових відсотках. Для обробки води використовують концентрації 35 або 50% перекису водню.
Перекис водню використовується для різних застосувань, оскільки він дуже селективний. Змінюючи умови реакції (температура, рН, доза, час реакції та додавання каталізатора), перекис водню буде атакувати різні забруднення.
Їдкість перекису водню
Їдкість технологічної води внаслідок перекису водню залежить від кількості утвореного розчиненого кисню. Кисень роз'їдає метали, що містять залізо. Кількість заліза та рН мають більший вплив на корозійність, ніж концентрація перекису водню.
Руйнування перекису водню
Перекис водню може розпастися під час транспортування. Кисень і тепло виділяються. Сама пероксид водню легкозаймистий, але кисень може посилити запалення інших речовин. У розведених розчинах тепло поглинається водою. У концентрованих розчинах температура розчину підвищується, прискорюючи руйнування перекису водню. Швидкість руйнування помножується на 2,2 на кожні 10 ° С підвищення температури. Лужність та наявність забруднень також прискорюють руйнування перекису водню.
Для виробництва перекису водню використовуються спеціальні каталізатори, щоб перекис водню не руйнувався забруднювачами у воді.
З 1880 р. Перекис водню є товарним продуктом. Вперше його виготовили у Сполученому Королівстві спалюванням солі барію (Ba), яка виробляла пероксид барію (BaO2). Згодом перекис барію розчинили у воді і утворили перекис водню. З 19 століття виробництво перекису водню значною мірою зросло. В наш час щорічно виробляється близько півмільярда кілограмів.
Перекис водню необхідно транспортувати в контейнерах з поліетилену, нержавіючої сталі або алюмінію. Коли пероксид водню контактує із займистими речовинами, такими як деревина, папір, олія чи бавовна (целюлоза), може статися самозаймання. При змішуванні перекису водню з органічними речовинами, такими як спирти, ацетон та інші кетони, альдегіди та гліцерин, можуть статися сильні вибухи.
Коли пероксид водню контактує з такими речовинами, як залізо, мідь, хром, свинець, срібло, марганець, натрій, калій, магній, нікель, золото, платина, металоїди, оксиди металів або солі металів, це може призвести до потужних вибухів. Ось чому перекис водню зазвичай транспортується у розведеному вигляді.
Найдавнішим із відомих застосувань перекису водню було відбілювання солом’яних капелюхів, яке було модно на початку ХХ століття. З 1920 по 1950 р. Перекис водню вироблявся електролізом. Цим способом отримували чисту перекис водню. У наш час для одержання пероксиду водню використовують процеси самоокислення. Під час цих процесів водень є сировиною.
Універсальність перекису водню
Перекис водню універсальна, її можна використовувати для багатьох застосувань. Його можна використовувати в усіх засобах масової інформації; повітря, вода, стічні води та ґрунти. Іноді його використовують у поєднанні з іншими агентами для посилення та прискорення процесів. Перекис водню найчастіше використовується для видалення забруднюючих речовин із стічних вод та повітря. Він бореться з ростом бактерій (наприклад, біозабруднення у водних системах) і може посилити ріст бактерій (наприклад, біологічне відновлення забруднених ґрунтів та підземних вод) за рахунок додавання кисню. Він також може використовуватися для обробки забруднень, які легко окислюються (наприклад, залізо та сульфіди) та забруднень, що важко окислюються (наприклад, розчинених твердих речовин, бензину та пестицидів).
Нарешті, його можна використовувати для відбілювання паперу, текстилю, зубів та волосся або для виробництва їжі, мінералів, нафтохімічних речовин або прального порошку. У чистому вигляді перекис водню використовується як постачальник кисню для керування російськими підводними човнами.
Перекис водню є сильним окислювачем. Він потужніший за хлор (Cl2), діоксид хлору (ClO2) та перманганат калію (KMnO4). Шляхом каталізу перекис водню може перетворюватися на гідроксирадикали (ОН). Потенціал окислення перекису водню трохи нижче потенціалу озону.
Таблиця 1: Потенціали окислення різних окислювачів
| Окислювач | Окислювальний потенціал | | фтор | 3,0 | | гідроксирадикали | 2,8 | | озону | 2,1 | | перекис водню | 1,8 | | перманганат калію | 1,7 | | діоксид хлору | 1,5 | | хлор | 1,4 |
Більшість застосувань перекису водню полягають у впорскуванні перекису водню у проточну воду. Ніяких інших хімікатів та обладнання не потрібно. Ця програма використовується для контролю біологічного росту, додавання кисню, видалення залишків хлору та окислення сульфідів, сульфітів, металів та інших легко окислюваних матеріалів. На придатність перекису водню для цих застосувань впливають рН, температура та час реакції.
Каталітична перекис водню
Забруднення, які легко окислюються, вимагають активації пероксиду водню каталізаторами (залізо, марганець або інші металоїди). Ці каталізатори також можуть бути використані для посилення реакцій перекису водню, які інакше зайняли б години або дні.
Що таке прогресивні процеси окислення?
Розширені процеси окислення - це нова розробка в області дезінфекції перекису водню. Ці процеси утворюють реакційноздатні кисневі радикали без втручання металевих каталізаторів. Прикладами є комбінація перекису водню з озоном (пероксоном) або ультрафіолетовим світлом. Результатом цих методів є далекозоре окислення важко розкладаються речовин без утворення залишків або шламу. Ці методи застосовуються у всьому світі для очищення підземних вод, для очищення питної води та технологічних вод, а також для знезараження та видалення органічних речовин із стічних вод.
Серед інших застосувань перекис водню використовується як дезінфікуючий засіб. Застосовується для лікування запалення ясен та дезінфекції (питної) води. Він також використовується для боротьби з надмірним ростом мікробів у водних системах та градирнях.
У США перекис водню все частіше використовується для лікування окремих запасів води. Застосовується для запобігання утворенню кольорів, смаків, корозії та накипу внаслідок деградації забруднення (заліза, марганцю, сульфатів) та деградації мікроорганізмів. Перекис водню реагує дуже швидко. Він тоді розпадеться на водень і воду, не утворюючи побічних продуктів. Це збільшує кількість кисню у воді.
Механізм знезараження перекису водню заснований на виділенні вільних кисневих радикалів:
H2O2 → H2O + O2
Забруднення розкладаються вільними кисневими радикалами, і залишається лише вода. Вільні радикали мають як окислювальну, так і знезаражувальну здатність. Перекис водню виводить білки за допомогою окислення.
Такі пероксиди, як пероксид водню (H2O2), перборат, пероксифосфат та персульфат, є хорошими дезінфікуючими та окислювачами. Загалом вони можуть адекватно виводити мікроорганізми. Однак ці пероксиди дуже нестійкі.
Перборати дуже токсичні. Оцтова кислота (ПАА) - сильна кислота. Він може бути дуже агресивним у чистому вигляді. Стабілізовані персульфати можна використовувати для заміщення хлору для очищення стічних вод.
У 1950-х рр. Перекис водню вперше застосовували для знезараження питної води у Східній Європі. Він відомий своєю високою окисною та біоцидною ефективністю. Перекис водню не часто використовується для знезараження питної води, але його популярність, схоже, зростає. Його часто використовують у поєднанні з озоном, сріблом або УФ.
Застосування пероксидів для дезінфекції та обробки води обмежене. Останнім часом розроблені більш стійкі форми, які можна використовувати для застосування в басейнах.
Для дезінфекції перекисом водню потрібна висока доза. Основним недоліком є мала дезінфікуюча та окислювальна здатність перекису водню при активних концентраціях (десятки міліграмів на літр), необхідних для дезінфекції басейну. Іншою проблемою є швидке розкладання перекису водню у воді та наявність кисневих радикалів. Завдяки додаванню стабілізатора розкладання перекису водню затримується, і дезінфекційна здатність може підтримуватися.
Порівняно з хлором, бромом, озоном та іншими дезінфікуючими засобами, перекис водню не є дуже потужним дезінфікуючим засобом. Дезінфекція басейнів перекисом водню не дозволяється, за винятком випадків, коли вона використовується в поєднанні з іншими дезінфікуючими засобами (УФ, озоном, солями срібла або солями аміаку кварту). Перекис водню покращує дезінфікуючу здатність інших дезінфікуючих засобів.
Перекис водню можна використовувати для дезінфекції води в градирні, коли вона поєднується з іншими дезінфікуючими засобами. Оцтову кислоту (CH3COOH, PAA) також можна використовувати для дезінфекції води в градирні.
Перекис водню може бути використана для дехлорування, іншими словами для видалення залишкового хлору. Залишковий хлор утворює їдкі кислоти, коли він окислюється повітрям або конденсатами на технологічних системах.
Коли хлор реагує з перекисом водню, перекис водню розпадається на воду та кисень. Газовий хлор гідролізується в хлороводневу кислоту (HOCl), яка згодом іонізується в іони гіпохлориту (OCl).
Cl2 + HOCl + H + + Cl
HOCl + H + + Cl
Після цього перекис водню реагує з гіпохлоритом:
OCl - + H2O2 (g) -> Cl - + H2O + O2
Реакція між перекисом водню та гіпохлоритом протікає дуже швидко. Інші органічні та неорганічні речовини не можуть реагувати з гіпохлоритом.
На відміну від інших хімічних речовин, перекис водню не утворює залишків або газів. Безпека залежить від застосовуваної концентрації, оскільки перекис водню повністю розчиняється у воді.
Перекис водню - потужний окислювач. Він реагує з різними речовинами. Тому він розбавляється під час транспортування, як засіб безпеки. Однак для дезінфекції перекисом водню потрібні високі концентрації.
Перекис водню повільно розкладається на воду та кисень. Підвищення температури та наявність забруднень посилюють цей процес.
Концентрація перекису водню в розчині повільно зменшується. Це викликано такою реакцією:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Це окисно-відновна реакція. Молекули водню частково функціонують як відновники, а частково як окислювачі.
Ефективний перекис водню?
Ефективність перекису водню залежить від кількох факторів, таких як рН, каталізатори, температура, концентрація перекису та час реакції.
Вплив перекису водню відбувається через вдихання вологи або туману, через поглинання їжі та через контакт шкіри та очей. Перекис водню може подразнювати очі, шкіру та слизові оболонки. Вплив очей на концентрацію 5% і більше може призвести до постійного пошкодження очей. Тести на лабораторних тваринах Американського міжнародного агентства з досліджень раку (IARC) показують, що перекис водню може бути канцерогенною для тварин. Лабораторні дослідження з бактеріями показують, що перекис водню є мутагенною; він змінює і пошкоджує ДНК. Коли людина вдихає перекис водню, це викликає подразнення легенів. Вплив на шкіру викликає хворобливі пухирі, опіки та відбілювання шкіри. Органи, які надмірно сприйнятливі до впливу перекису водню, - це легені, кишечник, тимус, печінка та нирки. Наслідки хронічного впливу на людину невідомі. Вплив на розмноження та розвиток поки що не продемонстровано.
ЄС
Перекис водню не згадується в Європейському стандарті питної води 98/83/EC.
США
У США перекис водню зареєстровано як пестицид EPA у 1977 році.
Для дезінфекції перекис водню можна поєднувати з іншими агентами. Наприклад, оцтова кислота та пероксон.
| 