Hydrogen peroxid h2o2 là gì? có nguy hiểm không? Ứng dụng nổI bật ra sao?

Hydrogen peroxid H₂O₂ còn được gọi dưới cái tên quen thuộc Oxy già, là dung dịch chất lỏng, trong suốt không có màu với tính oxy hóa cao, được dùng nhiều trong các ngành công nghiệp sản xuất như giấy, dệt may, dược phẩm y tế, chế biến thực phẩm, hóa chất tẩy rửa, xử lý chất thải, nước thải công nghiệp, sinh hoạt,…và đ ặc biệt khi ở nồng độ cao như HTP, nó được dùng làm tác nhân đẩy trong tên lửa.

Vậy Hydrogen peroxid có nguy hiểm không, được sản xuất như thế nào? Cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

1. Đặc trưng vật lý, hóa học của H₂O₂

Tên khác	Hydro dioxit, hydroperoxide
Trạng thái	Rắn, lỏng, khí
Công thức phân tử	H₂O₂
Màu sắc	Không màu, trong suốt
Mùi đặc trưng	Mùi gắt
Áp suất hóa hơi (mm HG) ở nhiệt độ áp suất tiêu chuẩn	23 mmHg
Tỷ trọng hơi (Không khí=1) ở nhiệt độ áp suất tiêu chuẩn	1.1
Độ hòa tan trong nước	Hòa tan hòa toàn
Độ PH	Axit (2.5 – 3.5)
Khối lượng riêng (kg/m3)	1.1
Nhiệt độ sôi (0C)	108°C
Nhiệt độ nóng chảy (0C)	33°C
Tỷ lệ hóa hơi	>1
Phân tử gam	34.01g/mol
Độ nhớt	1,245 cP ở 20 °C

Hydro peroxide có hình dạng “xiên lệch”, do lực đẩy giữa các liên kết đơn O-O là trên nguyên tử oxy. Góc liên kết bị ảnh hưởng bởi liên kết hydro, tạo nên sự khác nhau giữa dạng tinh thể với dạng hơi, trong các tinh thể có những khoảng rộng.

Khoảng trống giữa tinh thể Hydrogen peroxid

1.1. Tính phân hủy

Hydro peroxide bị phân hủy tạo thành nước và oxy, phản ứng có tỏa nhiệt theo phương trình:

2 H₂O₂→ 2 H₂O+ O₂ + Nhiệt lượng

Quá trình phân hủy chịu tác động của nhiệt độ, nồng độ của peroxide, độ pH và sự có mặt của các chất ổn định hoặc tạp chất. Phản ứng cần chất xúc tác như mangan dioxit, kali pemanganganat, bạc hoặc enzym catalase. Quá trình phân hủy diễn ra nhanh hơn trong chất xúc tác là kiềm và chất ổn định khi đó là axit.

Khi có mặt một chất xúc tác như Fe²⁺hoặc Ti³⁺, quá trình phân hủy sẽ tạo ra hỗn hợp H₂O₂và Fe²⁺hoặc Ti³⁺ được biết đến như thuốc thử Fenton.

1.2. Phản ứng oxy hóa-khử

Hydro peroxide trong nước có thể bị oxy hóa- khử nhiều loại ion vô cơ tao thành khí oxy. Fe²⁺trong dung dịch axit bị oxy hóa lên Fe³⁺

2Fe²⁺+ H₂O₂+ 2H⁺ → 2Fe³⁺+ 2H₂O₂

Trong môi trường kiềm, Mn²⁺ bị oxy hóa thành Mn⁴⁺ ( MnO₂), Fe³⁺bị khử thành Fe²⁺

2Fe³⁺+ H₂O₂+ 2OH^– → 2Fe²⁺+ 2H₂O + O₂

Hydrogen peroxid chuyển Fe 2+ thanh Fe 3+

Hydrogen peroxid chuyển Fe²⁺ thành Fe³⁺

Hydro peroxide được sử dụng làm chất khử trong hóa hữu cơ

Ph-S-CH₃ + H₂O₂ → Ph-S(O)-CH₃ + H₂O (xúc tác TiCl₃)

Hydro peroxide được dùng để epoxit hóa các alken như axit acrylic hay oxy hóa các alkylboran thành rượu.

1.3. Tạo thành các hợp chất peroxide

Hydro peroxide là một axit yếu(pH = 4.5). Nó có thể tạo ra các hydroperoxit, peroxit hay các dẫn xuất của nhiều kim loại hoặc tạo ra các peroxoanion theo phản ứng anion.

Na₂B₄O₇+ 4H₂O₂+ 2NaOH → 2Na₂B₂O₇(OH)₄+ H₂O

Hydro peroxide oxy hóa các axit cacboxylic RCOOH thành các axit peroxy RCOOH.
Tác dụng với axeton tạo thành axeton peroxit.
Tác dụng với ozon tạo thành hydro trioxit.
Tác dụng với ure tạo ra cacbamua peroxit để làm trắng răng.

1.4. Tính bazơ

Hydro peroxide là một bazo yếu, thậm chí yếu hơn cả nước, nhưng khi tác dụng với các axit rất mạnh có thể tạo thành một số sản phẩm.

2. Công nghệ sản xuất Hydrogen peroxid H₂O₂

Hydrogen peroxid H₂O₂có thể được sản xuất theo phương pháp điện phân axit sunfuric, amoni bisulfat axit NH₄HSO₄ hoặc Peoxit Bari. Tuy nhiên, hai phương pháp này cần rất nhiều điện năng và nhiên liệu, giá thành chúng lại khá cao nên trong công nghiệp, người ta ít dùng đến.

Trên thế giới, phương pháp sản xuất từ Hydro theo công nghệ oxy hóa Anthraquinol AO sử dụng chất xúc tác là paladi được áp dụng phổ biến. Phương pháp này có thể được dùng theo hai cách

2.1. Phương pháp Hydro hóa xúc tác tầng sôi

Nhược điểm của phương pháp này là các thiết bị sử dụng khá phức tạp, cần rất nhiều năng lượng để hoạt động và đặc biệt quá trình này có thể kéo theo khả năng gây cháy nổ. Nhiều trường hợp đã xảy ra tại một số nhà máy ở Anh, Pháp, Cộng hòa Liên bang Đức.

2.2. Phương pháp Hydro hóa xúc tác tầng cố định

Về cơ phản ứng, cả hai phương pháp xúc tác trên tầng cố định và tầng sôi đều giống nhau, tuy nhiên vấn đề cháy nổ không hề xảy ra khi các nhà máy sử dụng trên tầng cố định.

Quy trình sản xuất Hydrogen peroxid H₂O₂ theo phương pháp Anthraquinol xúc tác Paladi trên tầng cố định

2.3. Giai đoạn Hydro hóa

Nguyên liệu là hỗn hợp dung dịch gồm có Anthraquinone, phần lớn người ta sử dụng 2- Ethyl Anthraquinone để làm chất mang, những chất thơm nặng, dung môi được dùng để hỗ trợ phản ứng là Tri-izo octyl phosphate TOP. Các chất này được chuẩn bị theo tỷ lệ nhất định, các hợp chất thơm phải được chưng trước trong điều kiện chân không. Hỗn hợp này sau đó được rửa sạch bằng nước khử khoáng và xử lý bằng H₂O₂ để khử tạp chất, chuẩn bị cho giai đoạn Hydro hóa.

Tất cả những nguyên liệu trên sẽ được đưa vào tháp Hydro hóa cùng với hydro. Quá trình sử dụng nhiệt độ, áp suất, paladi làm chất xúc tác. Anthraquinone sẽ tác dụng với hydro để tạo nên anthraquinol tương ứng. Kết thúc quá trình, hỗn hợp dung dịch được chuyển tiếp đến tháp oxy hóa.

2.4. Giai đoạn oxy hóa

Sau khi được chuyển sang tháp oxy hóa, anthraquinol sẽ kết hợp với oxy, tạo ra Hydrogen peroxid H₂O₂ đồng thời anthraquinone sẽ bị hoàn nguyên trở lại.

Hỗn hợp dung dịch sau khi ra khỏi tháp oxy hóa sẽ được chuyển sang giai đoạn chiết tách, tinh lọc để lấy sản phẩm cần thiết.

2.5. Giai đoạn chiết tách, tinh lọc

H₂O₂ có trong hỗn hợp dung dịch sau khi ra khỏi tháp oxy hóa sẽ chuyển sang tháp chiết kiểu lỗ đĩa và được tiến hành chiết suất bằng nước khử khoáng theo quy trình:

Sau khi thoát ra khỏi tháp oxy hóa, dung dịch được đưa vào đáy tháp chiết, đỉnh tháp sẽ là nơi nước khử khoáng đi vào, ngược chiều với H₂O₂. Do H₂O₂ tan hoàn toàn trong nước nên nó sẽ bị hòa tan hết trong nước khử khoáng trước khi đi ra ngoài tháp chiết tại đáy theo chiều chảy của nước khử.
Dung dịch H₂O₂ tiếp tục được đưa sang tháp lọc để chiểt tách các tạp chất mang ban đầu như chất thơm nặng, TOP…để được H₂O₂ nồng độ 27.5%.
Hỗn hợp dung dịch sau khi chiết suất hết H₂O₂ đi vào đáy tháp để xử lý bằng dung dịch kiềm được chuyển vào từ đỉnh tháp để tách nước trước khi quay trở lại quá trình hydro hóa.
Dung dịch kiềm khi kết thúc quá trình được đưa sang thiết bị phân ly để tách tạp chất rồi mới cô đặc cho mục đích tái sử dụng.

2.6. Giai đoạn cô đặc dung dịch Hydrogen peroxid

Hydrogen peroxid H₂O₂ nồng độ 27.5% được tạo thành có thể tiêu thụ trực tiếp trên thị trường. Nếu muốn có sản phẩm nồng độ cao hơn, cần phải xử lý tiếp qua công đoạn cô đặc theo quy trình:
Dung dịch Hydrogen peroxid loãng trong thùng chứa được chuyển qua máy bơm, lọc, gia nhiệt rồi chuyển tới thiết bị làm bay hơi kiểu tháp đệm. Nước và Hydrogen peroxid không có nhiệt độ sôi tương giống nhau nên sẽ phân tách được nước và H₂O₂ có nồng độ cần thiết như 30%, 50%, 70%. Toàn bộ quá trình được diễn ra trong điều kiện chân không.

Nhà máy sản xuất Hydrogen peroxid tại Việt Nam

Ngoài ra Hydro peroxide còn được sản xuất từ 2-etyl-9, 10-dihydroxyanthanracen thành 2-etylanthraquinon qua quá trình tự oxy hóa và Hydro peroxide sử dụng oxy từ không khí. Sau đó dẫn xuất anthraquinon được tách ra ngoài hỗn hợp rồi khử ngược trở lại thành hợp chất dihydroxy bằng khí hydro.

3. Ứng dụng trong đời sống thực tế của Hydro peroxide

3.1. Hóa chất khử khuẩn, sát trùng bể bơi

Hydro peroxide nồng độ 35%- 50% dưới tác động của tia UV tạo thành các gốc oxy hóa mạnh có khả năng khử trùng, sát khuẩn nước với hiệu quả cao, góp phần trung hòa lượng Clo trong khi chi phí lại thấp, vừa an toàn lại tiết kiệm. Do đó, Hydro peroxide được nhiều cá nhân, hộ gia đình, chủ hồ bơi lựa chọn để xử lý nước trong hồ.

Nước hồ bơi được khử trùng bởi Hydrogen peroxid

3.2. Ứng dụng trong gia đình

Hòa tan Hydro peroxide 3% với nước theo tỉ lệ 1:1 rồi súc miệng. Dùng thường xuyên sẽ giúp tẩy ố vàng trên răng, răng trắng dần lên. Các dung dịch mua tại hiệu thuốc thì không được phép uống vì nó có chứa những hóa chất có độc tính nhưng có thể được dùng để làm sạch các vết máu khỏi trang phục quần áo, thảm nhà,…
Nhỏ từ 1- 2 giọt vào tăm bông rồi chấm nhẹ lên vị trí mụn giúp kháng khuẩn, trị mụn trứng cả.

Trị mụn trứng cá trên mặt

Xịt dung dịch Hydro peroxide nồng độ thấp hơn 5% pha loãng lên tóc sau khi gội để giữ độ bền cho màu tóc và tăng độ bóng.
Hydro peroxide nồng độ thấp hơn 3%, nó được dùng để sát trùng vết thương, loại bỏ các mô chết.
Sự thủy phân của Hydro peroxide sẽ tạo ra khí oxy giúp tăng cường sự phát triển của bộ rễ cây, xử lý rễ bị hỏng, thối úng nên được các nhà làm vườn, người trồng thủy sinh rất ưa chuộng.

3.3. Ứng dụng trong công nghiệp

Sản xuất natri percacbonat, natri perborat trong bột giặt.
Sản xuất hợp chất peroxide hữu cơ như dibenzoyl peroxit dùng làm chất mồi gốc tự do trong những phản ứng trùng hợp.
Sản xuất epoxit, điều chế axit axetic.
Làm chất đẩy cho các động cơ đẩy nhỏ trong một số vệ tinh, giúp tàu vũ trụ dễ dàng điều chỉnh và an khi muốn nạp, chứa nhiên liệu trước khi tiếp đất.

Tạo lực đẩy để phóng tên lửa

3.4. Trong y tế

Một số người cho rằng pha loãng Hydro peroxide 35% và dùng trong liệu pháp siêu oxy hóa để điều trị bệnh ung thư, AIDS. Một số nhà y học tiến hành tiêm vào tĩnh mạch Hydro peroxide nồng độ thấp hơn 1% để điều trị ung thư tuy nhiên theo như Hiệp hội Ung thư Mỹ, “đã không có các chứng cứ khoa học cho thấy hydro peroxide là an toàn, có hiệu quả hay có ích trong điều trị ung thư”.
Nước Hydro peroxide phần lớn được dùng làm chất khử trùng, khử khuẩn trong những năm qua.
Ứng dụng trong công nghệ hóa hơi làm tủ tiệt trùng tại các cơ sở y tế

Sát trùng vết thương với Hydrogen peroxid

5. Mức độ nguy hiểm của Hydro peroxide

Tiếp xúc với da sẽ gây phỏng, da khô, nứt và nếu để lâu có thể gây loét.
Ở dạng lỏng hoặc hơi sương có thể dẫn tới các tổn thương mô, đặc biệt là niêm mặc mắt, miệng, kích thích đường hô hấp.
Hydro peroxide đặc (>50%) là một chất ăn mòn. Nếu uống dung dịch hydro peroxide sẽ tạo ra sự phân hủy trong dạ dày làm giải phóng ra một lượng khí lớn (10 lần thể tích của dung dịch 3%) dẫn tới sự chảy máu trong.
Khi tiếp xúc với mắt sẽ làm bỏng rát, mắt bị đỏ, phồng rộp thậm chí mờ mắt.
Hơi Hydro peroxide có nồng độ cao làm tê liệt hệ thần kinh trung ương, gây ra các hiện tượng như chóng mặt, choáng váng, đau đầu, nôn ói, ảnh hưởng tới khả năng điểu khiển cơ thể. Thậm chí, nếu hít phải hơi trong thời gian dài có thể dẫn tới hôn mê và tử vong.
Hít phải hơi Hydro peroxide sẽ làm phổi bị tổn thương nghiêm trọng, gây ho, ngạt thở, khó thở, đau tức ngực. Niêm mạc mũi có thể bị bỏng tạm thời.

Hydrogen peroxid là chất nguy hiểm

Hơi hydro peroxide có thể kích nổ trên 70°C hoặc tiếp xúc với các hydrocacbon như dầu mỡ, rượu, các cetone, axit axetic, amin và photpho. .
Nếu đổ Hydro peroxide vào vải (hay các chất dễ cháy khác) sẽ làm bay hơi nước cho đến khi nồng độ đạt đến mức đủ lớn thì vật liệu sẽ tự động bắt cháy.

6. Biện pháp xử lý sự cố với Hydro peroxide

6.1 Trường hợp tiếp xúc với da

Ngay lập tức cởi bỏ quần áo đang mặc, dùng nước sạch có thể thêm xà phòng nếu có rửa lại nhiều lần vùng da tiếp xúc.

6.2 Trường hợp tiếp xúc với mắt

Nếu đang mang kính áp tròng cần tháo bỏ ngay nếu có thể rồi rửa mắt bằng nước sach nhiều lần trong tối thiểu 15 phút rồi đưa đến cơ sở y tế gần nhất để tiếp tục chăm sóc.

6.3 Trường hợp tiếp xúc với đường hô hấp

Đưa nạn nhân tới nơi thoáng khí. Nếu không thể hồi phục được lại cần chuyển ngay đến cơ sở y tế gần nhất. Trong suốt quá trình cần để nạn nhân ở tư thế có thể hô hấp dễ dàng nhất.

6.4 Trường hợp tiếp xúc với đường tiêu hóa

Không cố gắng ép nạn nhân nôn và cần gọi ngay cấp cứu. Nếu nạn nhân có nôn thì cần giữ đầu thấp hơn hông, tránh hít lại hơi độc.

6.5 Trường hợp xảy ra hỏa hoạn, cháy nổ

Mặc trang phục bảo hộ lao động và dụng cụ thở oxy.
Sử dụng bọt chống cháy, phun nước hoặc sương, bột khô, cacbon dioxit, cát hoặc đất với những vụ cháy nhỏ chứ không nước.
Sơ tán những người không liên quan khỏi khu vực nguy hiểm.
Làm mát bằng nước các thùng chứa bên cạnh, loại bỏ các vật liệu dễ tránh tới nơi an toàn.

6.6 Trường hợp rò rỉ hóa chất

Ngay lập tức loại bỏ những thiết bị dụng cụ bị nhiễm bẩn để tránh việc tiếp xúc với chúng.
Cách ly khu vực xảy ra sự rò rỉ, không để những người không liên quan hoặc không mặc trang phục bảo vệ đi vào khu vực này.
Đứng ở đầu hướng gió và những khu vực có vị trí cao, thoáng.
Loại bỏ tất cả các vật dụng có khả năng gây cháy nổ quanh khu vực nguy hiểm, ngăn chặn khả năng lan tràn của sản phẩm này vào hệ thống dẫn nước bằng cách phủ đất hoặc cát lên hoặc các chất có khả năng hấp thụ rồi tiến hành loại bỏ an toàn.
Sử dụng các phương pháp an toàn được cảnh báo trước nhằm chống lại sự tích điện tĩnh.
Thông báo cho chính quyền địa phương nếu không xử lý hết lượng hóa chất bị rò rỉ để có biện pháp giải quyết tốt nhất, nhanh chóng, kịp thời.

7. Cách bảo quản, cất giữ an toàn

Hydro peroxide bị phân hủy khi gặp tác nhân ánh sáng nên khu vực cất giữ phải tránh được ánh nắng trực tiếp chiếu vào.
Các thùng chứa phải được đậy nắp kín, cất giữ trong khu vực khô ráo, thoáng mát, thông thoáng, có hệ thống thông gió tốt.
Hydro peroxide không phải là chất cháy nhưng nếu tiếp xúc với axit nitric. Do đó không được chứa chung với chất này.
Không lưu trữ các thùng chứa bằng các thùng kim loại, không khô ráo.
Cần ghi nhãn an toàn rõ ràng trên các thừng, chai, lọ chứa, tránh xa tầm tay trẻ em.

Các lọ chứa Hydrogen peroxid phải được ghi nhãn dán cẩn thận

1. Đặc trưng vật lý, hóa học của H2O2