Hydrogenperoxid
De fleste kender hydrogenperoxid som en forbindelse, der afbleger hår. Det kan også bruges til desinfektion af vand.
Hvornår blev hydrogenperoxid opdaget?
Louis Jacque Thenard opdagede hydrogenperoxid i 1818. Brintoverilte består af ilt- og brintatomer. Disse kan findes overalt på jorden. Brintoverilte indeholder en kombination af to brintatomer og to oxygenatomer.
I miljøet kan hydrogenperoxid findes i meget lave koncentrationer. Gasformig brintoverilte dannes ved fotokemiske reaktioner i atmosfæren omkring jorden. Det kan også findes i vand i små mængder.
Hvad er hydrogenperoxidens egenskaber?
Peroxid er en kemisk forbindelse, der indeholder peroxidionen (O22-).
Peroxidionen består af en enkeltbinding mellem to oxygenatomer: (O-O)2-. Den er et stærkt oxidationsmiddel.
Væskeperoxid har den kemiske formel H2O2 og følgende strukturformel:
H-O-O-O-H
Væskeperoxidmolekylet indeholder et ekstra oxygenatom i forhold til det mere stabile vandmolekyle. Bindingen mellem de to oxygenatomer, den såkaldte peroxidbinding, brydes, mens der dannes to H-O-radikaler. Disse radikaler reagerer hurtigt med andre stoffer, mens der dannes nye radikaler, og der opstår en kædereaktion. Hydrogenperoxidopløsninger ligner vand og kan opløses uhindret i vand. Ved høje koncentrationer afgiver disse opløsninger en irriterende, syrlig lugt. Brintoverilte er brandfarligt. Ved lave temperaturer bliver det fast. Mængden af hydrogenperoxid i opløsningen angives i vægtprocent. Til vandbehandling anvendes koncentrationer på 35 eller 50 % hydrogenperoxid.
Selektivitet
Hydrogenperoxid anvendes til forskellige formål, fordi det er meget selektivt. Ved at ændre reaktionsbetingelserne (temperatur, pH, dosis, reaktionstid og tilsætning af en katalysator) angriber brintoverilte forskellige forureninger.
Vævestøvperoxidens korrosivitet
Procesvandets korrosivitet som følge af brintoverilte afhænger af mængden af opløst ilt, der produceres. Oxygen ætser jernholdige metaller. Mængden af jern og pH-værdien har større indflydelse på korrosiviteten end koncentrationen af hydrogenperoxid.
Destruktion af hydrogenperoxid
Hydrogenperoxid kan opløses under transport. Der frigives ilt og varme. Brintoverilte i sig selv er brandfarligt, men ilten kan forstærke andre stoffers betændelse. I fortyndede opløsninger absorberes varmen af vand. I koncentrerede opløsninger øges opløsningens temperatur, hvilket fremskynder brintoverilteødelæggelsen. Destruktionshastigheden multipliceres med 2,2 for hver 10 °C temperaturstigning. Alkalinitet og tilstedeværelsen af forureninger fremskynder også ødelæggelsen af hydrogenperoxid.
Til fremstilling af hydrogenperoxid anvendes særlige katalysatorer for at sikre, at hydrogenperoxid ikke ødelægges af forurenende stoffer i vandet.
Hvordan fremstilles hydrogenperoxid?
Siden 1880 er brintoverilte et kommercielt produkt. Det blev først fremstillet i Det Forenede Kongerige ved at brænde bariumsalt (Ba), hvorved der blev fremstillet bariumperoxid (BaO2). Efterfølgende blev bariumperoxid opløst i vand, og der blev fremstillet brintperoxid. Siden det 19. århundrede er produktionen af hydrogenperoxid steget kraftigt. I dag produceres der omkring en halv milliard kilo årligt.
Hvordan transporteres og opbevares hydrogenperoxid?
Væskeperoxid skal transporteres i beholdere af polyethylen, rustfrit stål eller aluminium. Når brintoverilte kommer i kontakt med brændbare stoffer som f.eks. træ, papir, olie eller bomuld (cellulose), kan der opstå selvantændelse. Når brintoverilte blandes med organisk materiale, såsom alkoholer, acetone og andre ketoner, aldehyder og glycerol, kan der forekomme kraftige eksplosioner.
Når brintoverilte kommer i kontakt med stoffer, såsom jern, kobber, chrom, bly, sølv, mangan, natrium, kalium, magnesium, nikkel, guld, platin, metalloider, metaloxider eller metalsalte, kan dette medføre kraftige eksplosioner. Derfor transporteres hydrogenperoxid normalt i fortyndet form.
Hvad er anvendelsesmulighederne for hydrogenperoxid?
Den ældste kendte anvendelse af hydrogenperoxid var blegning af stråhatte, som var på mode i begyndelsen af det 20. århundrede. Fra 1920 til 1950 blev hydrogenperoxid fremstillet ved hjælp af elektrolyse. Denne metode producerede ren brintoverilte. I dag anvendes der selvoxidationsprocesser til at fremstille brintoverilte. Under disse processer er brint råstoffet.
Brintoverilte er alsidigt anvendeligt
Brintoverilte er alsidigt, det kan bruges til mange formål. Det kan anvendes i alle medier; luft, vand, spildevand og jord. Det anvendes undertiden i kombination med andre midler for at forbedre og fremskynde processer. Brintoverilte anvendes oftest til at fjerne forurenende stoffer fra spildevand og fra luft. Det modvirker bakterievækst (f.eks. bioforurening i vandsystemer), og det kan øge bakterievæksten (f.eks. biologisk rensning af forurenet jord og grundvand) ved tilførsel af ilt. Det kan også bruges til at behandle forureninger, der let kan oxideres (f.eks. jern og sulfider), og forureninger, der er vanskelige at oxidere (f.eks. opløste faste stoffer, benzin og pesticider).
Endelig kan det bruges til at blege papir, tekstiler, tænder og hår eller til at fremstille fødevarer, mineraler, petrokemiske stoffer eller vaskepulver. I ren form anvendes hydrogenperoxid som iltleverandør til at drive russiske ubåde.
Kan hydrogenperoxid anvendes som oxidationsmiddel?
Brintoverilte er et stærkt oxidationsmiddel. Det er stærkere end klor (Cl2), klordioxid (ClO2) og kaliumpermanganat (KMnO4). Gennem katalyse kan hydrogenperoxid omdannes til hydroxyradikaler (OH). Brintoverilte har et oxidationspotentiale, der ligger lige under ozonets.
Tabel 1: Oxidationspotentiale for forskellige oxidationsmidler
| Oxidationsmiddel | Oxidationspotentiale | |
| fluorin | 3,0 | |
| hydroxyradikaler | 2,8 | |
| ozon | 2,1 | |
| hydrogenperoxid | 1,8 | |
| kaliumpermanganat | 1,7 | |
| chlordioxid | 1,5 | |
| chlorin | 1,4 |
Hvordan doseres hydrogenperoxid?
De fleste brintoverilteanvendelser består af brintoverilteinjektion i strømmende vand. Der er ikke behov for andre kemikalier eller andet udstyr. Denne anvendelse bruges til at kontrollere biologisk vækst, til at tilføre ilt, til at fjerne klorrester og til at oxidere sulfider, sulfitter, metaller og andre let oxiderbare materialer. Brintoverilte er velegnet til disse anvendelser og afhænger af pH, temperatur og reaktionstid.
Katalytisk hydrogenperoxid
Forureninger, der ikke let oxideres, kræver aktivering af hydrogenperoxid ved hjælp af katalysatorer (jern, mangan eller andre metalloider). Disse katalysatorer kan også anvendes til at forstærke hydrogenperoxidreaktioner, som ellers ville tage timer eller dage.
Hvad er avancerede oxidationsprocesser?
Avancerede oxidationsprocesser er en ny udvikling inden for desinfektion med hydrogenperoxid. Disse processer producerer reaktive iltradikaler uden indblanding af metalkatalysatorer. Som eksempler kan nævnes kombinationen af hydrogenperoxid med ozon (peroxon) eller ultraviolet lys. Resultatet af disse metoder er en vidtrækkende oxidation af svært nedbrydelige stoffer, uden at der dannes rester eller slam. Disse metoder anvendes verden over til grundvandsbehandling, til behandling af drikkevand og procesvand samt til desinfektion af organisk materiale og fjernelse af organisk materiale fra industrielt spildevand.
Hvordan virker desinfektion med hydrogenperoxid?
Blandt andre anvendelser anvendes brintoverilte som et desinfektionsmiddel. Det bruges til at behandle betændelse i tandkødet og til at desinficere (drikke)vand. Det bruges også til at bekæmpe overdreven mikrobiel vækst i vandsystemer og køletårne.
I USA anvendes hydrogenperoxid mere og mere hyppigt til behandling af individuelle vandforsyninger. Det bruges til at forhindre dannelse af farver, smag, korrosion og kalkaflejring ved nedbrydning af forurening (jern, mangan, sulfater) og nedbrydning af mikroorganismer. Brintoverilte reagerer meget hurtigt. Det opløses derefter til brint og vand uden dannelse af biprodukter. Dette øger mængden af ilt i vandet.
Væskeperoxidens desinfektionsmekanisme er baseret på frigivelse af frie iltradikaler:
H2O2 → H2O + O2
Forureninger nedbrydes af frie iltradikaler, og der er kun vand tilbage. Frie radikaler har både oxiderende og desinficerende egenskaber. Brintoverilte fjerner proteiner gennem oxidation.
Peroxider, såsom brintoverilte (H2O2), perborat, peroxiphosphat og persulfat, er gode desinfektionsmidler og oxidationsmidler. Generelt kan de i tilstrækkelig grad fjerne mikroorganismer. Disse peroxider er imidlertid meget ustabile.
Perborater er meget giftige. Pereddikesyre (PAA) er en stærk syre. Den kan være meget aggressiv i sin rene form. Stabiliserede persulfater kan anvendes til at erstatte klor i spildevandsbehandling.
Vil hydrogenperoxid anvendes til desinfektion af drikkevand?
I 1950’erne blev hydrogenperoxid for første gang anvendt til desinfektion af drikkevand i Østeuropa. Det er kendt for sin høje oxidative og biocidholdige effektivitet. Brintoverilte er ikke blevet anvendt ofte til desinfektion af drikkevand, men dets popularitet synes at stige. Det anvendes ofte i kombination med ozon, sølv eller UV-stråler.
Har hydrogenperoxid været anvendt til desinfektion af swimmingpools?
Anvendelsen af peroxider til desinfektion og vandbehandling er begrænset. Der er for nylig blevet udviklet mere stabile former, som kan anvendes til anvendelse i svømmebassiner.
Ved desinfektion med hydrogenperoxid kræves der en høj dosis. Den største ulempe er hydrogenperoxidens ringe desinfektions- og oxideringsevne ved de aktive koncentrationer (ti milligram pr. liter), som er nødvendige til desinfektion af svømmebassiner. Et andet problem er den hurtige nedbrydning af hydrogenperoxid i vand og tilstedeværelsen af iltradikaler. Ved tilsætning af stabilisatorer forsinkes nedbrydningen af hydrogenperoxid, og desinfektionsevnen kan opretholdes.
Sammenlignet med klor, brom, ozon og andre desinfektionsmidler er hydrogenperoxid ikke et meget kraftigt desinfektionsmiddel. Desinfektion af svømmebassiner med hydrogenperoxid er ikke tilladt, medmindre det anvendes i kombination med andre desinfektionsmidler (UV, ozon, sølvsalte eller ammoniakkvartsalte). Brintoverilte forbedrer desinfektionsevnen af andre desinfektionsmidler.
Kan hydrogenperoxid anvendes til desinfektion af køletårnsvand?
Brintoverilte kan anvendes til desinfektion af køletårnsvand, når det kombineres med andre desinfektionsmidler. Peraeddikesyre (CH3COOH, PAA) kan også anvendes til desinfektion af køletårnsvand.
Får hydrogenperoxid til at fjerne klor?
Brintoverilte kan bruges til deklorering, dvs. til at fjerne resterende klor. Restklor danner ætsende syrer, når det oxideres af luft eller kondensater på processystemer.
Når klor reagerer med hydrogenperoxid, falder hydrogenperoxid fra hinanden til vand og ilt. Klorgas hydrolyseres til hypoklorsyre (HOCl), som efterfølgende ioniseres til hypoklorit-ioner (OCl).
Cl2 + HOCl + H+ + Cl
HOCl + H+ + Cl
Herefter reagerer hydrogenperoxid med hypochlorit:
OCl- + H2O2 (g) -> Cl- + H2O + O2
Reaktionen mellem hydrogenperoxid og hypochlorit foregår meget hurtigt. Andre organiske og uorganiske stoffer kan ikke reagere med hypoklorit.
Hvad er fordelene og ulemperne ved brug af hydrogenperoxid?
Fordele
I modsætning til andre kemiske stoffer danner hydrogenperoxid ikke rester eller gasser. Sikkerheden afhænger af den anvendte koncentration, da hydrogenperoxid er fuldstændig vandopløselig.
Ulemper
Vedrogenperoxid er et kraftigt oxidationsmiddel. Det reagerer med en lang række stoffer. Det fortyndes derfor under transport som en sikkerhedsforanstaltning. Til desinfektion med hydrogenperoxid er der dog behov for høje koncentrationer.
Ved hydrogenperoxid nedbrydes langsomt til vand og ilt. En forhøjelse af temperaturen og tilstedeværelsen af forureninger forstærker denne proces.
Vævebrinteperoxidkoncentrationen i en opløsning falder langsomt. Dette skyldes følgende reaktion:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Dette er en redoxreaktion. Brintmolekyler fungerer dels som reduktorer og dels som oxidatorer.
Er hydrogenperoxid effektivt?
Ved effektiviteten af hydrogenperoxid afhænger af flere faktorer, f.eks. pH, katalysatorer, temperatur, peroxidkoncentration og reaktionstid.
Hvad er de sundhedsmæssige virkninger af hydrogenperoxid?
Eksponering for hydrogenperoxid sker ved indånding af fugt eller tåge, ved optagelse via fødevarer og ved hud- eller øjenkontakt. Brintoverilte kan irritere øjnene, huden og slimhinderne. Udsættelse af øjnene for koncentrationer på 5% eller mere kan medføre permanent øjenskade. Forsøg med laboratoriedyr fra det amerikanske internationale agentur for kræftforskning (IARC) viser, at hydrogenperoxid kan være kræftfremkaldende for dyr. Laboratorieforsøg med bakterier viser, at hydrogenperoxid er mutagent; det ændrer og beskadiger DNA. Når mennesker indånder hydrogenperoxid, forårsager det lungeirritation. Eksponering af huden forårsager smertefulde blærer, forbrændinger og hudblegning. Organer, der er ekstra modtagelige for udsættelse for hydrogenperoxid, er lungerne, tarmene, thymus, leveren og nyrerne. Virkningerne af kronisk eksponering på mennesker er ukendte. Virkninger på reproduktion og udvikling er ikke påvist indtil videre.
Hvad er lovgivningen for brintoverilte?
EU
Værogenperoxid er ikke nævnt i den europæiske drikkevandsstandard 98/83/EF.
USA
I USA er hydrogenperoxid registreret som pesticid af EPA i 1977.
Hvilke stoffer kan kombineres med hydrogenperoxid?
Til desinfektion kan hydrogenperoxid kombineres med andre midler. F.eks. pereddikesyre og peroxon.