آموزش کامل طرز تهیه آب اکسیژنه به روش‌های صنعتی و خانگی  

آب اکسیژنه یا هیدروژن پراکسید ماده صنعتی با کاربرد بسیار بالایی است که با درصدهای خلوص مختلفی تولید می‌شود. در آزمایشگاه و خانه اغلب این ماده را با خلوص 3 درصد تهیه می‌کنند. این در حالی است که در صنعت طرز تهیه آب اکسیژنه با خلوص بالاتری انجام می‌گیرد. در این نوشته از آوینا تجارت اطلس قصد داریم به روش‌‌های صنعتی متداول با امکان تولید آب اکسیژنه با درصد خلوص بالا و 4 روش خانگی و آزمایشگاهی تولید آب اکسیژنه 3 درصد بپردازیم. همراه آوینا تجارت اطلس باشید تا پس از پاسخ به سوال آب اکسیژنه چیست، سراغ توضیحات لازم در مورد روش تولید آب اکسیژنه برویم.

آب اکسیژنه چیست؟

آب اکسیژنه ترکیب مایع بی‌رنگ و بی‌بو با فرمول H₂O₂ است که با نام علمی هیدروژن پراکسید نیز شناخته می‌شود. با توجه به ساختاری که این ماده دارد، از آن به عنوان اکسنده قوی یاد می‌شود که چگالی کمی بیشتری نسبت به آب دارد. همین دو خواص در کنار یکدیگر دست به دست هم داده و آب اکسیژنه را به ترکیبی فوق العاده کاربردی در صنایع مختلف تبدیل کرده است. به طوری که این ماده در درصدهای پایین به عنوان ضد عفونی کننده، سفید کننده و در درصدهای بالا در صنایعی مانند تصفیه آب، تولید مواد شیمیایی و ساخت موشک به کار گرفته می‌شود.

تعریف و ویژگی‌های آب اکسیژنه

آب اکسیژنه یا هیدروژن پراکسید از جمله ترکیباتی است که به راحتی می‌تواند اکسیژن فعال خود را از دست بدهد و مجدد به آب خالص تبدیل شود. از این رو شرایط نگهداری این ماده به دلیل خاصیت اکسید کنندگی و تجزیه پذیری بالای آن بسیار مهم است. این ماده اکسید کننده را ساده‌ترین پراکسید آزمایشگاهی می‌دانند که دلیل آن ساختار ساده با داشتن پیوند یگانه اکسیژن-اکسیژن است. این پیوند شکل گرفته بین دو اکسیژن، خواصی برای آب اکسیژنه پدید آورده است که در مراحل طرز تهیه آب اکسیژنه بیشتر به آن اشاره می‌کنیم. قبل از این که به جدول ویژگی‌های آب اکسیژنه برسیم، باید ببینیم که این ماده چه خصوصیات مهمی دارد که تا این حد روش تولید آب اکسیژنه اهمیت پیدا کرده است:

• از نظر پایداری، آب اکسیژنه به سادگی تجزیه می‌شود؛ مگر این که ترکیبات اسیدی کنترل pH را برعهده بگیرند و از تجزیه هیدروژن پراکسید جلوگیری کنند.
• هیدروژن پراکساید اکسید کننده قوی است و همین ویژگی آن را برای مصرف به عنوان ضدعفونی کننده، سفید کننده و پاک کننده در صنایع بهداشتی ایده‌آل می‌کند.
• این ماده با مواد آلی وارد واکنش می‌شود و باعث تولید مواد شیمیایی مهمی برای کاربردهای صنعتی می‌شود.

جدول زیر اطلاعات تکمیلی درباره ویژگی‌های آب اکسیژنه را شرح می‌دهد. دانستن این ویژگی‌ها به ما کمک می‌کند تا دید بهتری درباره مواد اولیه مورد نیاز برای پاسخ به سوال آب اکسیژنه چگونه ساخته می‌شود، پیدا کنیم.

روش‌های صنعتی تولید آب اکسیژنه

روش‌های مختلفی برای طرز تهیه آب اکسیژنه صنعتی وجود دارد که هر یک از این روش‌ها، اشتراک‌هایی نسبت به یکدیگر دارند. این اشتراک‌ها مربوط به منابعی می‌شود که در روش تولید آب اکسیژنه دخیل هستند. در ذیل ابتدا به بررسی مواد و فرایندهای مختلفی که در تولید آب اکسیژنه سهمی دارند، می‌پردازیم:

• مواد پراکسیدی در فرایندهای صنعتی نقش تامین کننده اکسیژن لازم برای تولید هیدروژن پراکسید را دارند.
• مواد اسیدی در نقش کنترل pH، عامل پایدار کننده برای جلوگیری از تجزیه محصول، ماده اولیه واکنش دهنده برای تولید آب اکسیژنه و حتی کاتالیزور عمل می‌کنند.
• برخی مواد مانند آنتراکینون‌ها، حامل اکسیژن هستند و در نهایت دوباره به فرایند طرز تهیه آب اکسیژنه برمی‌گردند.  
• الکترولیت‌ها هدایت جریان الکتریکی را برعهده دارند و یون‌های لازم برای این که آب اکسیژنه تهیه شود را تامین می‌کنند.

با توجه به این توضیحات حال بهتر می‌توان متوجه اهمیت هر ترکیب و ماده شیمیایی و حتی ابزارهای لازم در روش تولید آب اکسیژنه صنعتی شد که در ذیل هر روش‌ را شرح می‌دهیم:

تولید آب اکسیژنه به روش فرآیند‌های شیمیایی

روش‌های زیادی در طرز تهیه آب اکسیژنه وجود دارد که معروف‌ترین و پرکاربردترین آن‌ها آنتراکینون و الکترولیز است. با این حال ممکن است با استفاده از مواد اولیه دیگری نیز پراکسید هیدروژن تولید شود. در این بخش ابتدا به توضیح روش آنتراکینون می‌پردازیم و سپس اشاره‌ای به روش‌های دیگر نیز می‌کنیم. در نهایت روش‌های صنعتی را با توضیح روش الکترولیز به پایان می‌رسانیم:

1. تولید آب اکسیژنه با آنتراکینون

یکی از ترکیبات آلی پرکاربرد در صنعت برای تولید هیدروژن پراکسید، آنتراکینون با فرمول C₁₄H₈O₂ نام دارد. طی این فرایند 4 مرحله برای طرز تهیه آب اکسیژنه دنبال می‌شود که به صورت زیر است:

هیدروژناسیون: شامل تبدیل آنتراکینون به آنتراهیدروکینون در حضور H₂ و کاتالیزور

C₁₄H₈O₂ + H₂ ” C₁₄H₁₀O₂

اکسیداسیون: واکنش آنتراهیدروکینون با اکسیژن برای تولید آب اکسیژنه و تولید مجدد آنتراکینون

C₁₄H₈O₂ + O₂“C₁₄H₁₀O₂ + H₂O

جداسازی و تصفیه آب اکسیژنه: شامل جداسازی محصول به دست آمده از محلول با روش تقطیر یا سایر روش‌های استخراج

بازیابی آنتراکینون: برگشت مجدد آنتراکینون باقی مانده به فرایند اولیه تولید

2. تولید آب اکسیژنه با ایزوپروپیل الکل

ایزوپروپیل الکل با ترکیب شدن با گاز حاوی اکسیژن، آب اکسیژنه با خلوص بالا را تولید می‌کند. این روش اغلب برای به دست آمدن آب اکسیژنه با درصد 70 کاربرد دارد و با توجه به این که چنین درصدهایی خطرآفرین هستند و بیشتر در ساخت موشک به کار گرفته می‌شوند، لذا استفاده از ایزوپروپیل الکل روش متداولی برای تولید پراکسید هیدروژن محسوب نمی‎شود. این واکنش از نوع خودکاتالیزوری است و به فرایند اتوکسیلاسیون برای این که آب اکسیژنه صنعتی تولید شود، مشهور است.

3. تهیه آب اکسیژنه با فرایند فتوشیمیایی

راه دیگر برای طرز تهیه آب اکسیژنه، تاثیر نور فرابنفش روی آب خالص و ایجاد آب اکسیژنه به این روش است. نور فرابنفش در واقع عامل تحریک کننده عناصر آب برای ایجاد رادیکال‌های آزاد و نهایتا تهیه پراکسید هیدروژن است. هر چند که این روش چندان پرکاربرد نیست، اما می‌توان از آن به عنوان روشی دیگر در نحوه تولید آب اکسیژنه یاد کرد.

4. تولید آب اکسیژنه به روش الکترولیز

الکترولیت قابلیت آزادسازی یون‌ها را دارد و جریان الکتریکی را هدایت می‌کند. اما مسئله اینجاست که تولید آب اکسیژنه به روش الکترولیز چگونه انجام می‌گیرد و نقش اسیدها در این فرایند چیست. در ذیل با بررسی مراحل تهیه آب اکسیژنه به این سوالات پاسخ می‌دهیم:

در تولید آب اکسیژنه به روش الکترولیز سراغ الکترولیت‌های اسیدی می‌روند که طی این فرایند الکترولیز واکنش‌های زیر رخ می‌دهد:

1. در ابتدا آب به یون‌های تشکیل دهنده خود یعنی H⁺ و OH^– تجزیه می‌شود.
2. الکترون‌ها با خروج از کاتد به H⁺ موجود در محلول برخورد کرده و گاز H₂ را تولید می‌کنند.
3. از طرف دیگر در الکترود آند نیز اکسیژن O₂ آزاد می‌شود.
4. تمامی این مراحل طی واکنش اکسایش-کاهش رخ می‌دهد و منابع اصلی برای تولید آب اکسیژنه به دست می‌آیند.
5. نقش الکترولیت اسیدی در طی این فرایند، تسریع واکنش تولید آب اکسیژنه و عدم تجزیه محصول نهایی است. لذا گاز اکسیژن O₂ تولیدی با H₂ تولیدی واکنش داده و نهایتا آب اکسیژنه به دست می‌آید.

طرز تهیه آب اکسیژنه 3 درصد در خانه و آزمایشگاه

آب اکسیژنه تولیدی در خانه و آزمایشگاه اغلب با درصد خلوص پایینی تولید می‌شود که هیدروژن پراکسید 3 درصد متداول‌ترین درصد مورد تهیه از این ترکیب است. برای تولید آب اکسیژنه در خانه و آزمایشگاه، اغلب به حمام آب یخ، بشر، ارلن، آب مقطر و سایر مواد اولیه که در ادامه شرح می‌دهیم، نیاز پیدا می‌کنیم.

روش اول: ترکیب سولفوریک اسید و باریم پراکسید

در طرز تهیه آب اکسیژنه 3 درصد نیاز به منبع اکسیژن و اسید قوی برای پایدار سازی pH داریم. برای این منظور سراغ 30 گرم باریم پراکسید می‌رویم و آن را در داخل بشر به آرامی به سولفوریک اسید اضافه می‌کنیم تا با هم وارد واکنش شوند و هیدروژن پراکسید و رسوب سولفات باریم تشکیل شود. پس از آن نوبت به جداسازی رسوب سولفات باریم و محلول به دست آمده هیدروژن پراکسید می‌رسد. برای این منظور از فرایند فیلتراسیون استفاده می‌کنند تا رسوب سولفات باریم از محلول آب اکسیژنه جدا شود. آب اکسیژنه به دست آمده طی این مرحله نیاز به تصفیه مجدد خواهد داشت تا هیدروژن پراکسید با خلوص بالاتری به دست آید.

روش دوم: ترکیب سود و پراکسید سدیم

طرز تهیه آب اکسیژنه 3 درصد با سود و ترکیبات سدیم پراکسید، فسفریک اسید و سدیم دی هیدروژن ارتو فسفات به این صورت است که ابتدا 40 میلی لیتر آب مقطر به 5 گرم سود اضافه شده و هم زده می‌شود. سپس محلول حل شده را در حمام یخ قرار می‌دهند تا سدیم دی هیدروژن فسفات تشکیل شود. در نهایت 1.2 گرم پراکسید سدیم به محلول به دست آمده اضافه می‌‎شود و منتظر می‌مانیم تا دما به زیر صفر درجه سانتی گراد برسد. پس از آن رسوب از صافی رد می‌شود تا محلول به دست آمده به عنوان آب اکسیژنه تهیه شود.

روش سوم: ترکیب سدیم پراکسید و فسفریک اسید

در این روش از حمام یخ و ترکیب اسید و سدیم پراکسید استفاده می‌کنند. برای این منظور در حمام یخ اسید فسفریک اضافه می‌شود و سپس سدیم پراکسید به آرامی به محلول اضافه می‌شود. در نهایت با ترکیب این واکنش‌ها آب اکسیژنه به دست می‌آید و با فیلتراسیون، عمل تصفیه و جداسازی محلول آب اکسیژنه از رسوب انجام می‌شود.

روش چهارم: ترکیب باریم پراکسید و گاز دی اکسید کربن

راه بعدی در طرز تهیه آب اکسیژنه، ترکیب باریم پراکسید با گاز CO₂ است. برای این منظور باریم پراکسید را داخل ارلن ریخته و در حمام آب یخ قرار می‌دهند. سپس گاز CO₂ را اضافه می‌کنند تا رسوب تشکیل شود. محلولی که در رسوب وجود دارد، همان آب اکسیژنه است. از این رو با عمل فیلتراسیون، آن را از رسوب جدا کرده و سپس خالص سازی می‌کنند.

اقدامات ایمنی برای کار با آب اکسیژنه

هر ماده‌ای که به روش آزمایشگاهی و صنعتی سنتز می‌شود، نیاز به یک سری نکات و اقدامات ایمنی دارد. آب اکسیژنه نیز از این قائده مستثنی نیست و یک سری نکات ایمنی برای این ترکیب به ویژه در درصدهای خلوص بالای آب اکسیژنه باید رعایت شود. مهم‌ترین نکات و اقدامات ایمنی در خصوص هیدروژن پراکسید به شرح زیر است:

• پراکسید هیدروژن در گرما و نور تجزیه می‌شود. بنابراین این ماده را زیر نور آفتاب قرار ندهید و حتما در ظروف سربسته کدر و در جای تاریک نگهداری کنید.
• برای نگهداری طولانی مدت آب اکسیژنه از اسیدهای ضعیف کمک بگیرید تا به عنوان پایدار کننده عمل کنند.
• آب اکسیژنه‌ای که در داروخانه‌ها به فروش می‌رسد، از نوع آب اکسیژنه 3 درصد است. این نوع هیدروژن پراکسید با هیدروژن پراکسیدی که در صنایع به کار گرفته می‌شوند فرق دارد. بنابراین هنگام خرید و استفاده از این ترکیب به درصد خلوص آن توجه کنید.
• آب اکسیژنه در با درصدهای خلوص بالاتر ماده‌ای خطرناک به حساب می‌آید. به همین خاطر هیدروژن پراکسید را به دلایل اکسید کنندگی ماده‌ای سمی تلقی می‌کنند.
• آب اکسیژنه باید در مکان خشک، خنک، تاریک و با تهویه مناسب نگهداری شود و از مواد اشتعال‌زا دور باشد.
• این ترکیب باید در ظرف غیرواکنش‌پذیر مثل شیشه یا استیل ضد زنگ نگهداری شود.
• در صورتی که مدت زمان تماس با پوست زیاد باشد، حتی در درصدهای خلوص پایین مانند آب اکسیژنه 3 درصد، امکان سوختگی و التهاب پوست وجود دارد. این موضوع برای درصدهای خلوص بالاتر به مراتب اهمیت بیشتری دارد و در این درصدها خورندگی بیشتر خواهد بود. پس اگر هیدروژن پراکسید با درصد بالا با پوستتان تماس پیدا کرد، حتما به پزشک مراجعه کنید.
• هنگام کار با آب اکسیژنه مراقب مواد اشتعال‌زا باشید. این ماده به دلیل اکسید کنندگی بالا بلافاصله باعث آتش سوزی می‌شود.
• در نهایت استفاده از عینک، دستکش و لباس ایمنی را هنگام کار با آب اکسیژنه فراموش نکنید.

سوالات متداول درباره طرز تهیه آب اکسیژنه

در این بخش به مهم‌ترین سوالاتی که در طرز تهیه آب اکسیژنه ممکن است برای هر فردی پیش بیاید، پاسخ می‌دهیم: