Väteperoxid
De flesta känner till väteperoxid som en förening som bleker håret. Den kan också användas för att desinficera vatten.
När väteperoxid upptäcktes?
Louis Jacque Thenard upptäckte väteperoxid 1818. Väteperoxid består av syre- och väteatomer. Dessa finns överallt på jorden. Väteperoxid innehåller en kombination av två väteatomer och två syreatomer.
I miljön kan väteperoxid finnas i mycket låga koncentrationer. Gasformig väteperoxid bildas genom fotokemiska reaktioner i den atmosfär som omger jorden. Den kan också finnas i vatten i små mängder.
Vad kännetecknar väteperoxid?
Peroxid är en kemisk förening som innehåller peroxidjonen (O22-).
Peroxidjonen består av en enkelbindning mellan två syreatomer: (O-O)2-. Den är ett starkt oxidationsmedel.
Väteperoxid har den kemiska formeln H2O2 och följande strukturformel:
H-O-O-O-H
Väteperoxidmolekylen innehåller en extra syreatom, jämfört med den stabilare vattenmolekylen. Bindningen mellan de två syreatomerna, den så kallade peroxidbindningen, bryts samtidigt som två H-O-radikaler bildas. Dessa radikaler reagerar snabbt med andra ämnen, samtidigt som nya radikaler bildas och en kedjereaktion äger rum. Väteperoxidlösningar ser ut som vatten och kan lösas upp i vatten obehindrat. Vid höga koncentrationer avger dessa lösningar en irriterande, sur lukt. Väteperoxid är brandfarlig. Vid låga temperaturer blir den fast. Mängden väteperoxid i lösningen uttrycks i viktprocent. För vattenbehandling används koncentrationer på 35 eller 50 % väteperoxid.
Selektivitet
Väteperoxid används för olika tillämpningar eftersom den är mycket selektiv. Genom att ändra reaktionsförhållandena (temperatur, pH, dos, reaktionstid och tillsats av en katalysator) angriper väteperoxid olika föroreningar.
Väteperoxids korrosivitet
Processvattnets korrosivitet på grund av väteperoxid beror på mängden löst syre som produceras. Syre korroderar järnhaltiga metaller. Mängden järn och pH har en större inverkan på korrosiviteten än vad koncentrationen av väteperoxid har.
Destruktion av väteperoxid
Väteperoxid kan sönderfalla under transport. Syre och värme frigörs. Väteperoxid i sig själv är brandfarlig, men syret kan förstärka inflammationen hos andra ämnen. I utspädda lösningar absorberas värmen av vatten. I koncentrerade lösningar höjs lösningens temperatur, vilket påskyndar väteperoxidens förstörelse. Förstörelsehastigheten multipliceras med 2,2 för varje 10 °C temperaturhöjning. Alkalinitet och förekomst av föroreningar påskyndar också förstörelsen av väteperoxid.
För framställning av väteperoxid används speciella katalysatorer för att se till att väteperoxid inte förstörs av föroreningar i vattnet.
Hur framställs väteperoxid?
Sedan 1880 är väteperoxid en kommersiell produkt. Den tillverkades först i Storbritannien genom att bränna bariumsalt (Ba), vilket gav bariumperoxid (BaO2). Därefter löstes bariumperoxiden i vatten och väteperoxid framställdes. Sedan 1800-talet har produktionen av väteperoxid ökat kraftigt. Numera produceras cirka en halv miljard kilo per år.
Hur transporteras och lagras väteperoxid?
Väteperoxid måste transporteras i behållare av polyeten, rostfritt stål eller aluminium. När väteperoxid kommer i kontakt med brännbara ämnen som trä, papper, olja eller bomull (cellulosa) kan självantändning uppstå. När väteperoxid blandas med organiska ämnen som alkoholer, aceton och andra ketoner, aldehyder och glycerol kan kraftiga explosioner uppstå.
När väteperoxid kommer i kontakt med ämnen som järn, koppar, krom, bly, silver, mangan, natrium, kalium, magnesium, nickel, guld, platina, metalloider, metalloxider eller metallsalter kan detta leda till kraftiga explosioner. Därför transporteras väteperoxid vanligtvis i utspädd form.
Vilka användningsområden finns för väteperoxid?
Den äldsta kända tillämpningen av väteperoxid var att bleka halmhattar, som var på modet i början av 1900-talet. Från 1920 till 1950 framställdes väteperoxid genom elektrolys. Denna metod producerade ren väteperoxid. Numera används självoxidationsprocesser för att framställa väteperoxid. Under dessa processer är väte råvaran.
Väteperoxidens mångsidighet
Väteperoxid är mångsidig, den kan användas för många tillämpningar. Den kan användas i alla medier; luft, vatten, avloppsvatten och jord. Den används ibland i kombination med andra ämnen för att förbättra och påskynda processer. Väteperoxid används oftast för att avlägsna föroreningar från avloppsvatten och luft. Den motverkar bakterietillväxt (t.ex. biologisk nedsmutsning i vattensystem) och kan öka bakterietillväxten (t.ex. biologisk sanering av förorenade jordar och grundvatten) genom tillsats av syre. Det kan också användas för att behandla föroreningar som lätt kan oxideras (t.ex. järn och sulfider) och föroreningar som är svåra att oxidera (t.ex. lösta fasta ämnen, bensin och bekämpningsmedel).
Sluttningsvis kan det användas för att bleka papper, textilier, tänder och hår eller för att framställa livsmedel, mineraler, petrokemiska ämnen eller tvättmedel. I ren form används väteperoxid som syregivare för att driva ryska ubåtar.
Kan väteperoxid användas som oxidationsmedel?
Väteperoxid är ett starkt oxidationsmedel. Den är starkare än klor (Cl2), klordioxid (ClO2) och kaliumpermanganat (KMnO4). Genom katalys kan väteperoxid omvandlas till hydroxyradikaler (OH). Oxidationspotentialen för väteperoxid ligger strax under den för ozon.
Tabell 1: Oxidationspotential för olika oxidationsmedel
| Oxidationsmedel | Oxidationspotential |
| fluor | 3,0 |
| hydroxyradikaler | 2,8 |
| ozon | 2,1 |
| väteperoxid | 1,8 |
| kaliumpermanganat | 1,7 |
| klordioxid | 1,5 |
| klor | 1,4 |
Hur doseras väteperoxid?
De flesta väteperoxidtillämpningar består av väteperoxidinjektion i strömmande vatten. Inga andra kemikalier eller annan utrustning behövs. Denna tillämpning används för att kontrollera biologisk tillväxt, för att tillsätta syre, för att avlägsna klorrester och för att oxidera sulfider, sulfiter, metaller och andra lätt oxiderade material. Väteperoxidens lämplighet för dessa tillämpningar påverkas av pH, temperatur och reaktionstid.
Katalytisk väteperoxid
För föroreningar som inte lätt oxideras krävs väteperoxidaktivering genom katalysatorer (järn, mangan eller andra metalloider). Dessa katalysatorer kan också användas för att påskynda väteperoxidreaktioner som annars skulle ta timmar eller dagar.
Vad är avancerade oxidationsprocesser?
Avancerade oxidationsprocesser är en ny utveckling inom området väteperoxiddesinfektion. Dessa processer producerar reaktiva syreradikaler utan inblandning av metallkatalysatorer. Exempel är kombinationen av väteperoxid med ozon (peroxon) eller ultraviolett ljus. Resultatet av dessa metoder är en långtgående oxidation av svårnedbrytbara ämnen, utan att det uppstår rester eller slam. Dessa metoder används över hela världen för behandling av grundvatten, dricksvatten och processvatten samt för desinfektion och avlägsnande av organiska ämnen från industriellt avloppsvatten.
Hur fungerar desinfektion med väteperoxid?
Väteperoxid används bland annat som ett desinfektionsmedel. Den används för att behandla inflammation i tandköttet och för att desinficera (dricks)vatten. Det används också för att bekämpa överdriven mikrobiell tillväxt i vattensystem och kyltorn.
I USA används väteperoxid allt oftare för att behandla enskilda vattentäkter. Den används för att förhindra bildning av färger, smaker, korrosion och skalbildning genom nedbrytning av föroreningar (järn, mangan, sulfater) och nedbrytning av mikroorganismer. Väteperoxid reagerar mycket snabbt. Den sönderfaller sedan till väte och vatten utan att det bildas biprodukter. Detta ökar mängden syre i vattnet.
Väteperoxidens desinfektionsmekanism bygger på att fria syreradikaler frigörs:
H2O2 → H2O + O2
Föroreningar bryts ned av fria syreradikaler och endast vatten återstår. Fria radikaler har både oxiderande och desinficerande förmåga. Väteperoxid eliminerar proteiner genom oxidation.
Peroxider som väteperoxid (H2O2), perborat, peroxifosfat och persulfat är bra desinfektionsmedel och oxidationsmedel. De kan i allmänhet avlägsna mikroorganismer på ett tillfredsställande sätt. Dessa peroxider är dock mycket instabila.
Perborater är mycket giftiga. Perättiksyra (PAA) är en stark syra. Den kan vara mycket aggressiv i sin rena form. Stabiliserade persulfater kan användas för att ersätta klor vid rening av avloppsvatten.
Används väteperoxid för desinfektion av dricksvatten?
På 1950-talet användes väteperoxid för första gången för desinfektion av dricksvatten i Östeuropa. Den är känd för sin höga oxidativa och biocidala effektivitet. Väteperoxid har inte använts ofta för desinfektion av dricksvatten, men dess popularitet verkar öka. Den används ofta i kombination med ozon, silver eller UV-strålning.
Används väteperoxid för desinfektion av simbassänger?
Tillämpningen av peroxider för desinfektion och vattenbehandling är begränsad. Nyligen har mer stabila former utvecklats, som kan användas för tillämpning i simbassänger.
Väteperoxiddesinfektion kräver en hög dos. Den största nackdelen är väteperoxidens ringa desinfektions- och oxidationsförmåga vid aktiva koncentrationer (tiotals milligram per liter), som krävs för desinfektion av simbassänger. Ett annat problem är den snabba nedbrytningen av väteperoxid i vatten och förekomsten av syreradikaler. Genom tillsats av stabiliseringsmedel fördröjs nedbrytningen av väteperoxid och desinfektionsförmågan kan bibehållas.
Väteperoxid är inte ett särskilt kraftfullt desinfektionsmedel jämfört med klor, brom, ozon och andra desinfektionsmedel. Desinfektion av simbassänger med väteperoxid är inte tillåten, om den inte används i kombination med andra desinfektionsmedel (UV, ozon, silversalter eller ammoniakkvartsalter). Väteperoxid förbättrar desinfektionsförmågan hos andra desinfektionsmedel.
Kan väteperoxid användas för desinfektion av kyltornsvatten?
Väteperoxid kan användas för desinfektion av kyltornsvatten, när den kombineras med andra desinfektionsmedel. Perättiksyra (CH3COOH, PAA) kan också användas för desinfektion av kyltornsvatten.
Förhindrar väteperoxid klor?
Väteperoxid kan användas för deklorering, med andra ord för att avlägsna rester av klor. Restklor bildar frätande syror när det oxideras av luft eller kondensat på processystem.
När klor reagerar med väteperoxid faller väteperoxiden sönder till vatten och syre. Klorgas hydrolyseras till hypoklorsyra (HOCl), som sedan joniseras till hypokloritjoner (OCl).
Cl2 + HOCl + H+ + Cl
HOCl + H+ + Cl
Efter detta reagerar väteperoxid med hypoklorit:
OCl- + H2O2 (g) -> Cl- + H2O + O2
Reaktionen mellan väteperoxid och hypoklorit sker mycket snabbt. Andra organiska och oorganiska ämnen kan inte reagera med hypoklorit.
Vad är fördelarna och nackdelarna med användning av väteperoxid?
Fördelar
I motsats till andra kemiska ämnen producerar väteperoxid inga rester eller gaser. Säkerheten beror på den applicerade koncentrationen, eftersom väteperoxid är helt vattenlöslig.
Nackdelar
Väteperoxid är ett kraftfullt oxidationsmedel. Den reagerar med en mängd olika ämnen. Den späds därför ut under transport som en säkerhetsåtgärd. För desinfektion med väteperoxid krävs dock höga koncentrationer.
Väteperoxid sönderdelas långsamt till vatten och syre. En temperaturhöjning och närvaro av föroreningar förstärker denna process.
Väteperoxidkoncentrationen i en lösning minskar långsamt. Detta orsakas av följande reaktion:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Detta är en redoxreaktion. Vätgasmolekyler fungerar dels som reduktorer och dels som oxidatorer.
Är väteperoxid effektiv?
Väteperoxidens effektivitet beror på flera faktorer, t.ex. pH, katalysatorer, temperatur, peroxidkoncentration och reaktionstid.
Vilka hälsoeffekter har väteperoxid?
Exponering för väteperoxid sker genom inandning av fukt eller dimma, genom upptag i livsmedel och genom hud- eller ögonkontakt. Väteperoxid kan irritera ögon, hud och slemhinnor. Exponering av ögonen för koncentrationer på 5 % eller mer kan leda till permanenta ögonskador. Försök med laboratoriedjur från det amerikanska internationella organet för cancerforskning (IARC) visar att väteperoxid kan vara cancerframkallande för djur. Laboratorietester med bakterier visar att väteperoxid är mutagen; den förändrar och skadar DNA. När människor andas in väteperoxid orsakar den lungirritation. Exponering av huden orsakar smärtsamma blåsor, brännskador och blekning av huden. Organ som är extra känsliga för väteperoxidexponering är lungorna, tarmarna, thymus, levern och njurarna. Effekterna av kronisk exponering på människor är okända. Effekter på reproduktion och utveckling har hittills inte påvisats.
Vad är lagstiftningen för väteperoxid?
EU
Väteperoxid nämns inte i den europeiska dricksvattenstandarden 98/83/EG.
USA
I USA är väteperoxid registrerad som bekämpningsmedel av EPA 1977.
Vilka ämnen kan kombineras med väteperoxid?
För desinfektion kan väteperoxid kombineras med andra medel. Till exempel perättiksyra och peroxon.