Il perossido di idrogeno puro è un liquido incolore miscibile con l’acqua. Viene spesso fornito come soluzione al 40% (p/p) ma è anche ottenibile fino a circa il 70% (p/p). Viene utilizzato principalmente come sbiancante.

Impieghi del perossido di idrogeno

Le proprietà sbiancanti del perossido di idrogeno trovano applicazioni in molti settori. Forse il suo uso quotidiano più familiare è nei prodotti brevettati per lavare i vestiti, ad esempio in alcune forme di VanishTM. Grandi quantità di perossido di idrogeno vengono utilizzate per produrre il perborato di sodio e il percarbonato di sodio, che vengono utilizzati come agenti sbiancanti nei detergenti liquidi e solidi. Il perborato di sodio, NaBO3.4H2O, viene prodotto aggiungendo perossido di idrogeno a una soluzione di metaborato di sodio e idrossido di sodio. Il percarbonato di sodio viene preparato aggiungendo perossido di idrogeno a una soluzione di carbonato di sodio.

Figura 1 Usi del perossido di idrogeno
Figura 2 Il martin pescatore in questa foto è in grado di alimentarsi in un fiume precedentemente inquinato che è stato bonificato tramite una soluzione di perossido di idrogeno.
Per gentile concessione di Solvay. 

Anche una grande quantità di perossido di idrogeno è utilizzata nei detergenti, la maggior parte della produzione globale è utilizzata in soluzioni per sbiancare carta (aumentandone la lucentezza), pasta di legno e tessuti. Recentemente, tre grandi impianti per la produzione di perossido di idrogeno sono entrati in funzione  ad Anversa (Belgio), nel complesso industriale di Map Ta Phut (Thailandia) e sulla costa orientale dell’Arabia Saudita (nel Golfo Persico, a Jubail). Il perossido di idrogeno prodotto da questi impianti verrà utilizzato per produrre epossipropano (ossido di propilene) mediante ossidazione diretta del propene. L’epossipropano, a sua volta, sarà utilizzato principalmente per la produzione di poliuretani.

Figura 3 Veduta del complesso petrolchimico di Man Ta Phut nel Golfo di Thailandia, vicino al confine con la Cambogia. Recentemente è stato commissionato nel complesso un impianto per la produzione di perossido di idrogeno. È in grado di produrre oltre 330’000 tonnellate di perossido di idrogeno all’anno, e rappresenta il più grande impianto di questo tipo al mondo. Questa fotografia mostra le torri di distillazione utilizzate per la separazione degli alcani dal gas naturale. L’idrogeno necessario per produrre il perossido di idrogeno è derivato dal metano nel gas naturale.
Per gentile concessione di Love Krittaya (Wikimedia Commons)

Produzione annuale di perossido di idrogeno

(espressa come H2O2 100%)

Mondo4,3 milioni di tonnettale1
Cina1,5 milioni di tonnellate2
U.S.A.400 000 tonnellate2
Belgio300 000 tonnellate2
Thailandia300 000 tonnellate2
Canada200 000 tonnellate2
Dati da:
1 Merchant Research and Consulting Ltd. 2015
2 Stimato da Merchant Research and Consulting Ltd. 2015

Produzione di perossido di idrogeno

Più del 99% del perossido di idrogeno è prodotto tramite un processo di autoossidazione.

Le fasi principali di questo processo sono:

  1. idrogenazione di un antrachinone
  2. ossidazione dell’antrachinolo risultante
  3. estrazione della soluzione di perossido di idrogeno
  4. purificazione e concentrazione del perossido di idrogeno
Figura 4 Una vista di un impianto di produzione di perossido di idrogeno a Leuna, vicino a Lipsia in Germania. Per gentile concessione di Arkema.

Il processo

Le reazioni sono riassunte nello schema presente.

a) Idrogenazione dell’antrachinone

Il derivato 2-etilico dell’antrachinone viene generalmente utilizzato nel processo.

Una soluzione del 2-etilantrachinone in un sistema di solventi misti contenente un idrocarburo apolare, un solvente polare e una sospensione di un catalizzatore a base di nichel o palladio su un supporto solido, viene idrogenata utilizzando idrogeno gassoso a circa 320 K. Riduzione al 2- alchilantrachinolo si verifica. Il catalizzatore viene rimosso mediante filtrazione e riciclato.

(b) Ossidazione dell’antrachinolo

La soluzione di 2-etilantrachinolo viene quindi ossidata dall’aria in un idroperossido, che reagisce in acqua per riformare il 2-etilantrachinone e produrre una soluzione diluita di perossido di idrogeno.

Figura 5 Produzione di perossido di idrogeno utilizzando 2-etilantrachinone.

Quindi la reazione complessiva è:

Figura 6 L’unità di ossidazione per la produzione di perossido di idrogeno a Jarrie, a sud di Grenoble, in Francia.
Per gentile concessione di Arkema.

(c) Estrazione della soluzione di perossido di idrogeno

L’acqua viene aggiunta per estrarre il perossido come soluzione acquosa di perossido di idrogeno al 40%. Lo strato di solvente organico viene riciclato all’unità di idrogenazione per le successive reazioni.

(d) Purificazione e concentrazione del perossido di idrogeno

La soluzione acquosa di perossido di idrogeno viene trattata con solventi organici e mediante pompaggio di aria per rimuovere chinone residuo e solventi e produrre il prodotto standard al 40%. Alcune applicazioni richiedono un prodotto a concentrazione più elevata (fino al 70%) che viene prodotto mediante concentrazione sotto vuoto o distillazione.

Il perossido di idrogeno nella sua forma più pura è intrinsecamente stabile. Tuttavia, se portato a contatto con alcuni contaminanti (principalmente metalli pesanti) può decomporsi. Pertanto, gli stabilizzanti vengono normalmente aggiunti al prodotto. Agiscono complessando con eventuali tracce di ioni di metalli di transizione presenti che altrimenti catalizzerebbero la decomposizione del perossido di idrogeno. Gli stabilizzanti tipici sono lo stannato di sodio (IV) (che idrolizza in idrossido di stagno (IV)) e vari fosfati.

Figura 7 La soluzione di perossido di idrogeno viene scaricata, dopo aver viaggiato da dove è stata prodotta. Viene utilizzato per produrre idrazina. L’idrazina è usata come propellente nella maggior parte dei satelliti e come precursore della sodio azide (un agente che forma gas negli airbag) e per una varietà di pesticidi.
Per gentile concessione di Arkema.

Ultimo aggiornamento 6 novembre 2016

Edizione italiana a cura di Greta dalla Luche e Valter Ballantini il 29 ottobre 2020

Foto in alto di Drew Beamer su Unsplash