Peroxyde d’hydrogène
La plupart des gens connaissent le peroxyde d’hydrogène comme un composé qui décolore les cheveux. Il peut également être utilisé pour la désinfection de l’eau.
Quand le peroxyde d’hydrogène a-t-il été découvert ?
Louis Jacque Thenard a découvert le peroxyde d’hydrogène en 1818. Le peroxyde d’hydrogène est constitué d’atomes d’oxygène et d’hydrogène. Ces derniers peuvent être trouvés partout sur la terre. Le peroxyde d’hydrogène contient une combinaison de deux atomes d’hydrogène et de deux atomes d’oxygène.
Dans l’environnement, le peroxyde d’hydrogène peut être trouvé en très faible concentration. Le peroxyde d’hydrogène gazeux est produit par des réactions photochimiques dans l’atmosphère entourant la terre. On peut également le trouver dans l’eau en petites quantités.
Quelles sont les caractéristiques du peroxyde d’hydrogène ?
Le peroxyde est un composé chimique qui contient l’ion peroxyde (O22-).
L’ion peroxyde est constitué d’une liaison simple entre deux atomes d’oxygène : (O-O)2-. C’est un oxydant puissant.
Le peroxyde d’hydrogène a la formule chimique H2O2 et la formule structurelle suivante :
H-O-O-H
La molécule de peroxyde d’hydrogène contient un atome d’oxygène supplémentaire, par rapport à la molécule d’eau plus stable. La liaison entre les deux atomes d’oxygène, appelée liaison peroxyde, est rompue tandis que deux radicaux H-O sont formés. Ces radicaux réagissent rapidement avec d’autres substances, tandis que de nouveaux radicaux sont formés et qu’une réaction en chaîne se produit. Les solutions de peroxyde d’hydrogène ressemblent à de l’eau et peuvent être dissoutes dans l’eau sans restriction. À des concentrations élevées, ces solutions dégagent une odeur irritante et acide. Le peroxyde d’hydrogène est inflammable. À basse température, il devient solide. La quantité de peroxyde d’hydrogène dans la solution est exprimée en pourcentage de poids. Pour le traitement des eaux, on utilise des concentrations de 35 ou 50 % de peroxyde d’hydrogène.
Sélectivité
Le peroxyde d’hydrogène est utilisé pour différentes applications, car il est très sélectif. En modifiant les conditions de réaction (température, pH, dose, temps de réaction et ajout d’un catalyseur), le peroxyde d’hydrogène s’attaque à différentes pollutions.
Corrosivité du peroxyde d’hydrogène
La corrosivité des eaux de process due au peroxyde d’hydrogène dépend de la quantité d’oxygène dissous produite. L’oxygène corrode les métaux contenant du fer. La quantité de fer et le pH ont une plus grande influence sur la corrosivité que la concentration de peroxyde d’hydrogène.
Destruction du peroxyde d’hydrogène
Le peroxyde d’hydrogène peut se désintégrer pendant le transport. De l’oxygène et de la chaleur sont libérés. Le peroxyde d’hydrogène lui-même est inflammable, mais l’oxygène peut renforcer l’inflammation d’autres substances. Dans les solutions diluées, la chaleur est absorbée par l’eau. Dans les solutions concentrées, la température de la solution est augmentée, ce qui accélère la destruction du peroxyde d’hydrogène. Le taux de destruction est multiplié par 2,2 pour chaque 10 °C d’augmentation de la température. L’alcalinité et la présence de pollutions accélèrent également la destruction du peroxyde d’hydrogène.
Pour la production de peroxyde d’hydrogène, des catalyseurs spéciaux sont utilisés pour s’assurer que le peroxyde d’hydrogène n’est pas détruit par les polluants présents dans l’eau.
Comment le peroxyde d’hydrogène est-il produit ?
Depuis 1880, le peroxyde d’hydrogène est un produit commercial. Il a d’abord été produit au Royaume-Uni en brûlant du sel de baryum (Ba), ce qui a produit du peroxyde de baryum (BaO2). Ensuite, le peroxyde de baryum était dissous dans l’eau et le peroxyde d’hydrogène était produit. Depuis le XIXe siècle, la production de peroxyde d’hydrogène a largement augmenté. De nos jours, environ un demi-milliard de kilogrammes sont produits chaque année.
Comment le peroxyde d’hydrogène est-il transporté et stocké ?
Le peroxyde d’hydrogène doit être transporté dans des récipients en polyéthylène, en acier inoxydable ou en aluminium. Lorsque le peroxyde d’hydrogène entre en contact avec des substances inflammables, comme le bois, le papier, l’huile ou le coton (cellulose), une inflammation spontanée peut se produire. Lorsque le peroxyde d’hydrogène est mélangé à des matières organiques, telles que les alcools, l’acétone et autres cétones, les aldéhydes et le glycérol, de fortes explosions peuvent se produire.
Lorsque le peroxyde d’hydrogène entre en contact avec des substances, telles que le fer, le cuivre, le chrome, le plomb, l’argent, le manganèse, le sodium, le potassium, le magnésium, le nickel, l’or, le platine, les métalloïdes, les oxydes métalliques ou les sels métalliques, cela peut entraîner de puissantes explosions. C’est pourquoi le peroxyde d’hydrogène est généralement transporté sous forme diluée.
Quelles sont les applications du peroxyde d’hydrogène ?
La plus ancienne application connue du peroxyde d’hydrogène était le blanchiment des chapeaux de paille, qui étaient à la mode au début du vingtième siècle. De 1920 à 1950, le peroxyde d’hydrogène était produit par électrolyse. Cette méthode permettait de produire du peroxyde d’hydrogène pur. De nos jours, on utilise des procédés d’auto-oxydation pour produire du peroxyde d’hydrogène. Au cours de ces procédés, l’hydrogène est la matière première.
Versatilité du peroxyde d’hydrogène
Le peroxyde d’hydrogène est polyvalent, il peut être utilisé pour de nombreuses applications. Il peut être utilisé dans tous les milieux ; air, eau, eaux usées et sols. Il est parfois utilisé combiné avec d’autres agents, pour améliorer et accélérer les processus. Le peroxyde d’hydrogène est le plus souvent utilisé pour éliminer les polluants des eaux usées et de l’air. Il empêche la croissance bactérienne (par exemple, l’encrassement biologique dans les systèmes d’eau) et peut favoriser la croissance bactérienne (par exemple, la biorestauration des sols et des eaux souterraines pollués) par l’ajout d’oxygène. Il peut également être utilisé pour traiter les pollutions facilement oxydables (par exemple le fer et les sulfures) et les pollutions difficilement oxydables (par exemple les solides dissous, l’essence et les pesticides).
Enfin, il peut être utilisé pour blanchir le papier, le textile, les dents et les cheveux ou pour produire des aliments, des minéraux, des substances pétrochimiques ou de la poudre à laver. Sous forme pure, le peroxyde d’hydrogène est utilisé comme fournisseur d’oxygène pour faire fonctionner les sous-marins russes.
Le peroxyde d’hydrogène peut-il être utilisé comme oxydant ?
Le peroxyde d’hydrogène est un oxydant puissant. Il est plus puissant que le chlore (Cl2), le dioxyde de chlore (ClO2) et le permanganate de potassium (KMnO4). Grâce à la catalyse, le peroxyde d’hydrogène peut être transformé en radicaux hydroxyles (OH). Le potentiel d’oxydation du peroxyde d’hydrogène est juste inférieur à celui de l’ozone.
Tableau 1 : Potentiels d’oxydation de divers oxydants
| Oxydant | Potentiel d’oxydation |
| fluor | 3,0 |
| hydroxyradicals | 2,8 |
| ozone | 2,1 |
| peroxyde d’hydrogène | 1,8 |
| permanganate de potassium | 1,7 |
| dioxyde de chlore | 1,5 |
| chlore | 1,4 |
Comment le peroxyde d’hydrogène est-il dosé ?
La plupart des applications de peroxyde d’hydrogène consistent en une injection de peroxyde d’hydrogène dans l’eau qui coule. Aucun autre produit chimique ou équipement n’est nécessaire. Cette application est utilisée pour contrôler la croissance biologique, pour ajouter de l’oxygène, pour éliminer les résidus de chlore et pour oxyder les sulfures, les sulfites, les métaux et autres matériaux facilement oxydés. L’aptitude du peroxyde d’hydrogène à ces applications est influencée par le pH, la température et le temps de réaction.
Péroxyde d’hydrogène catalytique
Les pollutions qui ne sont pas facilement oxydées, nécessitent une activation du peroxyde d’hydrogène par des catalyseurs (fer, manganèse ou autres métalloïdes). Ces catalyseurs peuvent également être utilisés pour améliorer les réactions du peroxyde d’hydrogène, qui prendraient autrement des heures ou des jours.
Que sont les procédés d’oxydation avancés ?
Les procédés d’oxydation avancée constituent un nouveau développement dans le domaine de la désinfection au peroxyde d’hydrogène. Ces procédés produisent des radicaux d’oxygène réactifs, sans l’interférence de catalyseurs métalliques. Des exemples sont la combinaison du peroxyde d’hydrogène avec l’ozone (peroxone) ou la lumière ultraviolette. Le résultat de ces méthodes est une oxydation poussée de substances difficilement dégradables, sans production de résidus ou de boues. Ces méthodes sont utilisées dans le monde entier pour le traitement des eaux souterraines, pour le traitement de l’eau potable et des eaux de process, ainsi que pour la désinfection et l’élimination des matières organiques des eaux usées industrielles.
Comment fonctionne la désinfection au peroxyde d’hydrogène ?
Entre autres applications, le peroxyde d’hydrogène est utilisé comme désinfectant. Il est utilisé pour traiter l’inflammation des gencives et pour désinfecter l’eau (potable). Il est également utilisé pour combattre la croissance microbienne excessive dans les systèmes d’eau et les tours de refroidissement.
Aux États-Unis, le peroxyde d’hydrogène est utilisé de plus en plus fréquemment pour traiter les approvisionnements en eau individuels. Il est utilisé pour prévenir la formation de couleurs, de goûts, de corrosion et d’entartrage par dégradation de la pollution (fer, manganèse, sulfates) et dégradation des micro-organismes. Le peroxyde d’hydrogène réagit très rapidement. Il se désintègre ensuite en hydrogène et en eau, sans formation de sous-produits. Cela permet d’augmenter la quantité d’oxygène dans l’eau.
Le mécanisme de désinfection du peroxyde d’hydrogène est basé sur la libération de radicaux libres d’oxygène :
H2O2 → H2O + O2
Les pollutions sont décomposées par les radicaux libres d’oxygène, et il ne reste que de l’eau. Les radicaux libres ont à la fois des capacités oxydantes et désinfectantes. Le peroxyde d’hydrogène élimine les protéines par oxydation.
Les peroxydes tels que le peroxyde d’hydrogène (H2O2), le perborate, le peroxiphosphate et le persulfate, sont de bons désinfectants et oxydants. En général, ils peuvent éliminer les micro-organismes de manière adéquate. Cependant, ces peroxydes sont très instables.
Les perborates sont très toxiques. L’acide peracétique (PAA) est un acide fort. Il peut être très agressif dans sa forme pure. Les persulfates stabilisés peuvent être utilisés pour remplacer le chlore pour le traitement des eaux usées.
Le peroxyde d’hydrogène est-il utilisé pour la désinfection de l’eau potable ?
Dans les années 1950, le peroxyde d’hydrogène a été utilisé pour la première fois pour la désinfection de l’eau potable en Europe de l’Est. Il est connu pour sa grande efficacité oxydante et biocide. Le peroxyde d’hydrogène n’a pas été utilisé souvent pour la désinfection de l’eau potable, mais sa popularité semble augmenter. Il est souvent utilisé en combinaison avec l’ozone, l’argent ou les UV.
Le peroxyde d’hydrogène est-il utilisé pour la désinfection des piscines ?
Les applications des peroxydes pour la désinfection et le traitement de l’eau sont limitées. Récemment, des formes plus stables ont été développées, qui peuvent être utilisées pour une application dans les piscines.
La désinfection au peroxyde d’hydrogène nécessite une dose élevée. Le principal inconvénient est le faible pouvoir désinfectant et oxydant du peroxyde d’hydrogène à des concentrations actives (dizaines de milligrammes par litre), qui sont nécessaires pour la désinfection des piscines. Un autre problème est la décomposition rapide du peroxyde d’hydrogène dans l’eau et la présence de radicaux d’oxygène. Grâce à l’ajout de stabilisateurs, la décomposition du peroxyde d’hydrogène est retardée et la capacité de désinfection peut être maintenue.
Comparé au chlore, au brome, à l’ozone et à d’autres désinfectants, le peroxyde d’hydrogène n’est pas un désinfectant très puissant. La désinfection des piscines par le peroxyde d’hydrogène n’est pas autorisée, sauf s’il est utilisé en combinaison avec d’autres désinfectants (UV, ozone, sels d’argent ou sels de quartz ammoniacal). Le peroxyde d’hydrogène améliore la capacité de désinfection des autres désinfectants.
Le peroxyde d’hydrogène peut-il être utilisé pour la désinfection de l’eau des tours de refroidissement ?
Le peroxyde d’hydrogène peut être utilisé pour la désinfection de l’eau des tours de refroidissement, lorsqu’il est associé à d’autres désinfectants. L’acide peracétique (CH3COOH, PAA) peut également être utilisé pour la désinfection de l’eau des tours de refroidissement.
Le peroxyde d’hydrogène élimine-t-il le chlore ?
Le peroxyde d’hydrogène peut être utilisé pour la déchloration, c’est-à-dire pour éliminer le chlore résiduel. Le chlore résiduel forme des acides corrosifs lorsqu’il est oxydé par l’air ou les condensats sur les systèmes de traitement.
Lorsque le chlore réagit avec le peroxyde d’hydrogène, ce dernier se désagrège en eau et en oxygène. Le chlore gazeux s’hydrolyse en acide hypochloreux (HOCl), qui s’ionise ensuite en ions hypochlorite (OCl).
Cl2 + HOCl + H+ + Cl
HOCl + H+ + Cl
Après cela, le peroxyde d’hydrogène réagit avec l’hypochlorite :
OCl- + H2O2 (g) -> Cl- + H2O + O2
La réaction entre le peroxyde d’hydrogène et l’hypochlorite a lieu très rapidement. Les autres substances organiques et inorganiques ne peuvent pas réagir avec l’hypochlorite.
Quels sont les avantages et les inconvénients de l’utilisation du peroxyde d’hydrogène ?
Avantages
Contrairement aux autres substances chimiques, le peroxyde d’hydrogène ne produit pas de résidus ou de gaz. La sécurité dépend de la concentration appliquée, car le peroxyde d’hydrogène est complètement soluble dans l’eau.
Inconvénients
Le peroxyde d’hydrogène est un oxydant puissant. Il réagit avec une grande variété de substances. Il est donc dilué pendant le transport, par mesure de sécurité. Cependant, pour la désinfection au peroxyde d’hydrogène, de fortes concentrations sont nécessaires.
Le peroxyde d’hydrogène se décompose lentement en eau et en oxygène. Une élévation de la température et la présence de pollutions favorisent ce processus.
La concentration de peroxyde d’hydrogène dans une solution diminue lentement. Ceci est causé par la réaction suivante :
2 H2O2 → 2 H2O + O2
C’est une réaction d’oxydoréduction. Les molécules d’hydrogène fonctionnent en partie comme réducteurs et en partie comme oxydants.
Le peroxyde d’hydrogène est-il efficace ?
L’efficacité du peroxyde d’hydrogène dépend de plusieurs facteurs, tels que le pH, les catalyseurs, la température, la concentration en peroxyde et le temps de réaction.
Quels sont les effets du peroxyde d’hydrogène sur la santé ?
L’exposition au peroxyde d’hydrogène a lieu par inhalation d’humidité ou de brouillard, par absorption alimentaire et par contact avec la peau ou les yeux. Le peroxyde d’hydrogène peut irriter les yeux, la peau et les muqueuses. L’exposition des yeux à des concentrations de 5 % ou plus peut entraîner des lésions oculaires permanentes. Des tests effectués sur des animaux de laboratoire par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) américain montrent que le peroxyde d’hydrogène peut être cancérigène pour les animaux. Des tests en laboratoire avec des bactéries montrent que le peroxyde d’hydrogène est mutagène ; il modifie et endommage l’ADN. Lorsque l’homme inhale du peroxyde d’hydrogène, il provoque une irritation des poumons. L’exposition de la peau provoque des cloques douloureuses, des brûlures et un blanchiment de la peau. Les organes qui sont particulièrement sensibles à l’exposition au peroxyde d’hydrogène sont les poumons, les intestins, le thymus, le foie et les reins. Les effets d’une exposition chronique sur les humains sont inconnus. Les effets sur la reproduction et le développement ne sont pas démontrés à ce jour.
Quelle est la législation pour le peroxyde d’hydrogène ?
UE
Le peroxyde d’hydrogène n’est pas mentionné dans la norme européenne sur l’eau potable 98/83/CE.
USA
Aux USA, le peroxyde d’hydrogène est enregistré comme pesticide par l’EPA en 1977.
Quelles substances peuvent être combinées avec le peroxyde d’hydrogène ?
Pour la désinfection, le peroxyde d’hydrogène peut être combiné avec d’autres agents. Par exemple l’acide peracétique et le peroxone.