آب اکسیژنه که با نام پراکسید هیدروژن نیز شناخته می‌شود یکی از رایج‌ترین مواد شیمیایی است که در زندگی روزمره نیز کاربردهای گسترده‌ای دارد. آب اکسیژنه مایعی بی‌رنگ است که در آب انحلال‌پذیر می‌باشد. با توجه به فرمول شیمیایی آب‌اکسیژنه که H2O2 می‌باشد این ماده اغلب به‌عنوان آب با یک اتم اکسیژن بیشتر شناخته می‌شود.از دیگر ترکیبات پراکسایدار میتوان به MYPC و DLP اشاره کرد.
این ماده شیمیایی با pH حدود 4/5 دارای ماهیتی اسیدی و صد درصد تجزیه‌پذیر است. شکل زیر نشان دهنده ساختار مولکولی هیدروژن پر اکسید است.
ساختار مولکولی هیدروژن پر اکسید (آب اکسیژنه)
مهم‌ترین مشخصه‌های آب اکسیژنه را میتوان در موارد ذیل خلاصه کرد:
- از نظر ترمودینامیکی ناپایدار است
- در معرض نور تجزیه می‌شود
- ویسکوزیته بیشتری نسبت به آب دارد
- جرم مولکولی: 98/08 گرم بر مول
- چگالی: 1/05 گرم بر سانتی متر مکعب
شرکت‌های اینتروکس (interox) و دگوسا (Degussa) بزرگ‌ترین شرکت‌های تولید کننده آب اکسیژنه در جهان هستند. در صنعت معمولا از یکی از دو روش زیر به منظور تولید آب اکسیژنه استفاده می‌شود:
- ترکیب هیپراکسیدها با اسید سولفوریک رقیق
- ترکیب آنترانیکون با هیدروژن در مجاورت کاتالیزور پالادیوم. برای آشنایی بیشتر با کاتالیست های مصرفی در صنعت نفت و گاز به مقاله ” نگاهی به کاتالیستهای مصرفی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی” مراجعه کنید.
شکل زیر نشان دهنده مهم‌ترین تولید کنندگان آب اکسیژنه در جهان و توزیع سهم بازار آنها در بازار جهانی است.
مهم ترین تولید کنندگان آب اکسیژنه در جهان و توزیع سهم بازار آنها در بازار جهانی
مشاهده و ثبت سفارش پراکساید هیدروژن در گروه راینه
یکی از مهم ترین مشخص‌های آب اکسیژنه عملکرد آن در هر دو محیط اسید و بازی هم به عنوان اکسیدکننده و هم به عنوان کاهنده است. در ادامه دو واکنش متفاوت از عملکرد این ماده در واکنش‌های شیمیایی آورده شده است:
واکنش اکسایش پراکساید هیدروژن
آب اکسیژنه طی واکنش زیر سرب سیاه را به PbSO4 سفید اکسید می‌کند.
PbS+4H2O2→PBSO4+4H2O
واکنش احیا پراکساید هیدروژن
آب اکسیژنه، پراکسید باریم را به مونوکسید تبدیل می‌کند.
BaO2+H2O2→BaO+H2O+O2
انواع گریدهای آب اکسیژنه
آب اکسیژنه در صنایع مختلف با توجه به سطح غلظت آن، کاربردهای گسترده‌ای دارد.
در ادامه به معرفی پنج گرید مختلف این ماده پرداخته شده است:
1-آب اکسیژنه صنعتی (Industrial Grade)
آب اکسیژنه صنعتی دارای غلظتی بین 35 تا 90 درصد است اما باید توجه داشت به دلیل آن که محلول‌های بالای 68 درصد آن دارای پتانسیل بالایی در تجزیه و تبدیل شدن کامل به بخار و اکسیژن هستند. این گریدها به عنوان گریدهای بسیار خطرناک طبقه بندی می‌شوند و نیاز به تدابیر اختصاصی جهت ذخیره سازی و نگهداری دارد.
2- آب اکسیژنه خوراکی (Food Grade)
هزینه تولید آب اکسیژنه خوراکی بسیار بالاست و این گرید در دو نوع آب اکسیژنه خوراکی 35 درصد و آب اکسیژنه خوراکی 50 درصد تولید می شود.
3-گرید آزمایشگاهی (Reagent Grade)
معمولا از آب اکسیژنه 37 درصد در آزمایشگاه‌های علمی – تحقیقاتی استفاده می‌شود.
4-گرید بهداشتی (Beautician Grade)
آب اکسیژنه با غلظت 3 تا 12 درصد در تولید محصولات آرایشی و بهداشتی و به منظور سفید کنندگی و خاصیت تقویت کنندگی موها استفاده می‌گردد.
5-گرید دارویی (Pharmaceutical Grade)
آب اکسیژنه با خلوص 3 درصد در حوزه‌های مختلف دارویی از جمله به عنوان ضدعفونی کننده استفاده می‌شود.
کاربردهای پراکسید هیدروژن در صنایع مختلف
آب اکسیژنه در صنایع مختلف با توجه به سطح غلظت آن، کاربردهای گسترده‌ای دارد.
شکل زیر نشان دهنده چگونگی توزیع مصرف اب اکسیژنه در صنایع مختلف است.
چگونگی توزیع مصرف آب اکسیژنه در صنایع مختلف
1-کاربرد آب اکسیژنه در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
وجود ترکیبات گوگردی همچون سولفید هیدروژن، تیوسولفات‌ها و مرکاپتان‌ها منجر به ایجاد مشکلات جدی در پساب‌های پالایشگاهی می‌گردد. تصفیه این پساب با استفاده از پراکسید هیدروژن روشی اقتصادی و مؤثر به منظور بازیابی این ترکیبات از پساب است. پراکساید هیدروژن بسته به کاربرد می‌تواند سولفیدها را به دو روش کنترل کند:
- تخریب: با اکسیداسیون که در این فرآیند به گوگرد عنصری یا یون سولفات تبدیل می‌گردد.
- پیشگیری: با فراهم کردن اکسیژن محلول که منجر به مهار تشکیل سولفید بیولوژیکی می‌گردد.
یکی دیگر از مهم ترین کاربرد های پراکساید هیدروژن در صنعت نفت و گاز، استفاده از خاصیت اکسید کنندگی این ماده به منظور موارد ذیل است:
- سولفورزدایی از مشتقات نفتی
- سولفور زدایی از میعانات گازی
- گوگردزدایی از مازوت
- افزودنی به منظور تسهیل کننده جابجایی موثر روغن توسط بخار
- ذوب هیدرات‌های موجود در در تجهیزات نفت و گاز زیر آب
- از بین بردن آلودگی مناطق نزدیک به پایین چاه
2-کاربرد آب اکسیژنه در معادن
وجود دو اتم اکسیژن در ساختار مولکولی آب اکسیژنه باعث شده است تا از این ماده هم به عنوان منبع اکسیژن و هم به عنوان عامل اکسیدکننده در فرآیندهای تولید طلا و تولید اورانیوم در تهیه کنسانتره و شستشوی سنگ استفاده شود.
3-کاربرد آب اکسیژنه در کشاورزی
وجود یک اکسیژن اضافی در ساختار مولکولی آب اکسیژنه منجر به ایجاد خصوصیات مفیدی در زمینه کشاورزی شده است که این خواص توسط سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده آمریکا نیز تأیید شده است. با اضافه کردن آب اکسیژنه به آب این اتم اکسیژن اضافی منجر به تولید ترکیبات بسیار ناپایدار می‌شوند و مقدار بیشتری از آب و اکسیژن را در مخزن ایجاد می‌کند.
هرچند در برخی از موارد از آب اکسیژنه در مراحل مختلف و به ویژه در حین آبیاری به گیاه افزوده می شود و یا در مواردی ممکن است به شاخ و برگ گیاه نیز پاشیده می‌شود، اما باید توجه داشت که آب اکسیژنه کود نیست و به منظور موارد ذیل در کشاورزی از آن استفاده می‌شود:
- افزایش ماندگاری و عمر گیاه
- جوان سازی مجدد گیاهان با ریشه پوسیده
- بهبود هوادهی در خاک
- مدیریت حشرات
- به منظور کنترل آفات
- به منظور جلوگیری و هم‌چنین درمان پوسیدگی ریشه گیاهان
- از بین بردن عفونت قارچی قسمت‌های مختلف گیاه
علاوه بر موارد بیان شده از ضدعفونی کننده‌های حاوی پراکساید هیدروژن، در موارد دیگری نیز در مزارع استفاده می‌شود که عبارتند از:
- به منظور ضدعفونی کرد سطوح گلخانه ها
- به منظور ضدعفونی تجهیزات تولیدی زراعی
- به منظور ضدعفونی مخازن نگهداری و تأمین آب
- به منظور ضدعفونی کردن خطوط و لوله‌های آبیاری
4-کاربرد آب اکسیژنه در صنایع دام و طیور
از ماده شیمیایی آب اکسیژنه به منظور ضدعفونی کردن سیستم‌های تأمین آب آشامیدنی مخصوص دام و طیور استفاده می‌كنند، دلیل استفاده از آب اکسیژنه بدین منظور آن است که پراکسید هیدروژن یک عمل سریع ضدباکتری دارد و در برابر طیف وسیعی از ویروس‌ها، مخمرها و قارچ‌ها موثر است. علاوه بر خاصیت ضدعفونی کنندگی استفاده از این ماده منجر به موارد ذیل نیز می‌گردد:
- كاهش شیوع بیماری
- افزایش تولید شیر در گاوها
- افزایش تولید تخم مرغ در طیور
- کاهش میزان نیاز به آنتی بیوتیك
- افزایش سرعت رشد در بوقلمون و مرغ
- پراکسید هیدروژن در آب آشامیدنی میزان تولید مثل گاومیش
- کاربرد آب اکسیژنه در صنایع غذایی
- آب اکسیژنه میکروب ها را از طریق تشکیل اکسیداتیو توسط عوامل اکسید کننده بسیار قوی و رادیکال‌های هیدروکسیل از رادیکال‌های سوپراکسید غیرفعال کرده و پروتئین‌ها و آنزیم‌های میکروبی را به راحتی اکسید می‌کنند.
- به منظور تولید پنیر از شیر
- به منظور از بین بردن باکتری‌های موجود در شیر خام
- به منظور سفید کردن آب پنیر رنگی
- به منظور شست و شو و سفید کردن سیرابی گاو و گوسفند
به منظور شست و شو و سفیدکردن شاه ماهی - به عنوان عامل کاهنده دی اکسید گوگرد در شربت ذرت
- عامل اکسید کننده و کاهنده برای انواع نوشیدنی
5- کاربرد آب اکسیژنه در صنایع آرایشی بهداشتی
یکی از کاربردهای اساسی و عمده آب اکسیژنه استفاده از این ماده شیمیایی در محصولات آرایشی و بهداشتی به منظور از بین بردن یا جلوگیری از رشد یا تولیدمثل میکروارگانیسم‌ها است. در ادامه برخی از موارد کاربرد این ماده شیمیایی در صنعت آرایشی آورده شده است:
- استفاده به عنوان عامل مراقبت از دهان
- برای ایجاد مواد رنگی در هنگام رنگ آمیزی مو
- اکسیژن رسانی به لکه های دندان به منظور سفیدتر شدن بیشتر دندان
- استفاده به عنوان تثبیت کننده مواد آرایشی و رنگ مو
6- کاربرد آب اکسیژنه در پزشکی
آب اکسیژنه که به عنوان یک ماده آنتی باکتریال موثر شناخته می‌شود دارای کاربردهای گسترده‌ای در صنایع پزشکی و دارویی است. از جمله کاربردهای پراکساید هیدروژن در صنایع پزشکی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- به منظور ضدعفونی کردن زخم‌ها
- به منظور شستشوی زخم ها و ترمیم آنها
- به منظور درمان زخم‌های قرنیه خصوصاً در کراتیت دندریتیک هرپسی
- به منظور از بین بردن جرم بیش از حد در کانال‌های گوش
7- کاربرد آب اکسیژنه در صنایع کاغذ
در صنعت تولید کاغذ از آب اکسیژنه صنعتی برای سفید کردن خمیر شیمیایی، خمیر مکانیکی و خمیر بازیافتی استفاده می شود. استفاده از پراکساید هیدروژن صنعتی در خمیر کاغذ و سفید کردن کاغذ، سطوح روشنایی و ثبات روشنایی را افزایش داده و هزینه تولید را کاهش می دهد.
ترکیبات هالوژنه مضر و پساب‌های موجود در پالپ به دلیل استفاده از پراکسید هیدروژن به حداقل می‌رسد. علاوه بر این، رنگ پساب نیز روشن می‌شود.
8- کاربرد آب اکسیژنه در صنایع نساجی
پراکساید هیدروژن عامل اصلی سفید کننده در الیاف‌های طبیعی و مصنوعی است. استفاده از آب اکسیژنه در الیاف پشم، کتان، پنبه و ابریشم درخشندگی بالایی به الیاف می‌دهد در عین حال خواص مکانیکی آنها را نیز حفظ می‌کند. کاربرد دیگر استفاده از آب اکسیژنه در صنایع نساجی استفاده از این ماده در تصفیه و ضدعفونی فاضلاب‌های صنعت نساجی است.
9- کاربرد آب اکسیژنه در صنعت الکترونیک
در صنایع الکترونیک، از آب اکسیژنه به عنوان یک عامل اکسید کننده و پاک کننده استفاده می‌کند. در فرآیند تولید تابلوهای مدار چاپی از پراکسید هیدروژن به عنوان یک زدایشگر استفاده می‌شود. در فرآیند تولید نیمه هادی ها از پراکسید هیدروژن با کیفیت بالا به عنوان عامل اکسید کننده و پاک کننده استفاده می‌شود.