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第九節 雙氧水(Hydrogen Peroxide)

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第九節 雙氧水(Hydrogen Peroxide)

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第九節 雙氧水(Hydrogen Peroxide)
概述

雙氧水學名過氧化氫,也叫二氧化氫;分子式為H2O2,分子量為34.02。純粹的高濃度的過氧化氫(100%),是一種油狀無色液體,比重1.458,熔點-2℃;在常溫時可與水任意混和,市售的都是它的30%(容量計)或3%(容量計)的水溶液。雙氧水存在於大氣中,由濕氣受紫外光線作用而生成,並得游離的氫:
    2H2O→H2O2+H2

雙氧水的製備

1.用過氧化鋇與稀硫酸作用而得。反應式如下:

   BaO2+H2SO4→BaSO4↓+H2O2

濾除硫酸鋇的沈澱後,即得約3%(以重量計)的過氧化氫溶液,這稀溶液不能在一般壓力下濃縮,因加熱時立即分解成水和氧,但在真空中蒸餾可不致分解,提高到所需濃度。

2.以電解法製備雙氧水:硫酸在電解槽內經過電解,成過硫酸。再加水分解過硫酸即成過氧化氫和硫酸。過氧化氫在低溫低壓下蒸餾出來與電解液分離。反應式如下:

   2H2SO4→H2S2O8+H2↑

   H2S2O8+2H2O→2H2SO4+H2O2(蒸餾)

硫酸可以循環應用。或以硫酸氫銨在電解槽內經過電解,成為過硫酸銨(NH4)2S2O8,然後加硫酸氫鉀 KHSO4,產生過硫酸鉀及硫酸氫銨。反應式如下:

   2NH4HSO4→(NH4)2S2O8+H2

   (NH4)2S2O8+2KHSO4→K2S2O8+2NH4HSO4

硫酸氫銨重行回入電解槽內應用。過硫酸鉀加入硫酸後經過水蒸汽蒸餾及分級冷凝,即得過氧化氫:

         H2SO4
    K2S2O8+2H2O--→2KHSO4+H2O2

以上電解法可以產生較純及高濃度的過氧化氫。現在一般工業生產都採用此法。



雙氧水的性狀

規格 H2O2含量30%、游離酸(H2SO4)0.1%以下、不揮發物0.1%以下。商品等級,一般有3%、6%及30%三種。

包裝 20公斤棕色玻璃瓶裝。

貯運 雙氧水為強烈氧化劑,本身雖不會燃燒,但與易燃物接觸,能引起劇烈的燃燒。3%的溶液雖可作外科消毒用,但30%的濃溶液對皮膚有強烈刺激性;與金屬物(如鐵、銅、鉻等)接觸受熱或日光曝曬即分解爆炸。因此容器必須密封,貯藏於陰涼黑暗通風處,以防見光分解。搬運時要輕拿輕放,久貯會降低其成分,故不宜貯藏太久。


雙氧水的性質

1.純濃的雙氧水為無色無臭的油狀液體,接觸皮膚能起水泡。在普通壓力下受熱就分解成水和氧氣:

   2H2O2→2H2O+O2↑

2.雙氧水可溶於水,水溶液帶微酸及辣味,對石蕊試劑呈弱酸反應(由藍色變成紅色)。

3.雙氧水的水溶液中若有少量酸存在,液體甚為穩定,故商品中常加硫酸或磷酸,使其穩定不變。如液中加入氨水或其它鹼質時,則無論在何種溫度下均放氧甚速。

4.金屬物亦能使雙氧水不穩而放氧氣,故不能貯藏於金屬器皿中。但對於純鋁幾乎不發生作用,所以一般中性雙氧水溶液可用純鋁為容器。有些含鉻的不鏽鋼,對雙氧水溶液亦有良好的抵抗力,這是由於氧化鉻保護層的形成。

5.雙氧水中含游離結合的氧原子,故呈強大的氧化性,有漂白作用,可以使各種色素消失,並不泛黃。

雙氧水的結構是H-O-O-H,由兩個氧原子直接相連接的,但是兩個氧原子之間的鍵結合得不牢固,所以引起雙氧水分子的不穩定,很容易分解成水並放出新生氧,具有強大的氧化能力:

   H2O2→H2O+[O]+23.5千卡

雙氧水分解時,是一個劇烈的放熱反應,1克分子的雙氧水分解時,可放出23.5千卡的熱,所以雙氧水對熱的穩定性較差,但在沒有接觸劑存在時,雙氧水的分解是進行得很緩慢的。

6.雙氧水富有氧化力量,它的氧化性可略示如下:

(1)使碘化鉀中的碘放出:

  2KI+H2O2→2KOH+I2

(2)使亞硫酸氧化為硫酸:

  H2SO3+2H2O→H2SO4+3H2O

(3)使乙醇氧化成醋酸(以高鐵鹽做催化劑):

  C2H5OH+H2O2→CH3COOH+H2O



雙氧水分析法

(一)定性試驗 雙氧水能使各種色素消色,因此檢驗時可用硫化鉛(黑色)試紙蘸雙氧水溶液少許,如果被漂白,就證明有過氧化氫存在。反應式如下:

   PbS+4H2O2→PbSO4+4H2O

(二)成分分析 高錳酸鉀滴定法:雙氧水不但可作氧化劑,並且可作還原劑,例如在酸性介質中(加稀H2SO4),能把高錳酸鉀KMnO4還原成二價錳鹽(硫酸亞錳 MnSO4)。根據這個原理,高錳酸鉀可以用來滴定雙氧水。反應式如下:〕

   2KMnO4+5H2O2+3H2SO4→

   2MnSO4+K2SO4+8H2O+5O2

操作 用稱量瓶精確稱取試品2.5克,用少量水攪勻後,將全部溶液和洗液注入500毫升的量瓶中,並加水稀釋到500毫升的標線。用50毫升的單標移液管移取試品溶液50毫升,置於300毫升的燒杯中,加水100毫升及6N硫酸溶液10毫升,然後以0.1N高錳酸鉀液慢慢滴入,並時加攪動,滴至粉紅色經久不褪1)時為止。

計算  

    o260.bmp (11270 bytes)


    o261.bmp (11598 bytes)

或  1毫升0.1N高錳酸鉀=0.001701克H2O2

   1毫升0.1N高錳酸鉀=0.0008克有效氧

    o261a.bmp (12270 bytes)

    o261b.bmp (11278 bytes)

(三)游離酸 用50毫升單標移液管吸取上述試品溶液50毫升注入300毫升的燒杯中,加水100毫升及酚䏝指示劑數滴,以0.1N氫氧化鈉溶液滴定之,滴至微呈粉紅色時為止。

計算  

    o261c.bmp (10942 bytes)

或  1毫升0.1NNaOH=0.004904克H2SO4

    o261d.bmp (10782 bytes)


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1) 高錳酸鉀的粉紅色不可能持續很久,因空氣中含有還原性氣體以及塵埃、雜質的落入等等,都會使高錳酸鉀還原而粉紅色消失。



雙氧水在印染上的用途

(一)作棉織物漂白劑 雙氧水是一種優良的漂白劑,對棉纖維的損傷一般較次氯酸鈉少,漂得的白度較高,且失重也較少。雙氧水漂白對織物退漿和煮練處理的要求較低,便於練漂過程的連續化。通常織物採用雙氧水在80~100℃之間進行漂白,因此要有相應的設備,成本較次氯酸鈉漂白高,適用於高級及質量要求高的產品。

注 1.關於雙氧水漂白,有人曾用棉紗在不同pH值的雙氧水溶液中進行試驗,當溶液pH值3~4時,雖可得良好白度,但棉紗強力很低;當pH值7~8接近中性時,所得白度和強力都較差;當pH值10~11時,白度和強力都較高,如果溶液pH值繼續增高,不論白度和強力兩者都很差。因此,雙氧水的漂白宜在10~11的鹼性溶液中進行。

2.雙氧水漂白時,為避免纖維脆損而得到良好漂白效果,除應控制漂液pH值外,還需在漂液中放入穩定劑,防止重金屬雜質所引起的催化作用。最常用的穩定劑為水玻璃(硅酸鈉),它的穩定作用可能由於它和鈣、鎂等離子形成高度分散的不溶體,吸附在催化劑的表面,使其失去活性。所需的鈣、鎂離子,在原棉和所用水中已經存在,無需另行加入。水玻璃除作穩定劑外,同時也是鹼劑。使用時,通常使漂液中總鹼量的60~80%來自水玻璃,另外20~40%來自燒⿲或純鹼,溶液的pH值應為10.7~10.9。漂液中如鹼量不足,水玻璃會發生沈澱,影響漂白效果,鹼量過多,又會脆化纖維。由於水玻璃易在機器設備內壁產生沈澱,有時用其它穩定劑如三乙醇胺,能使織物有柔軟手感。

3.雙氧水漂白一般多在連續汽蒸練漂聯合機中進行。連續汽蒸練漂聯合機由浸軋機、傘柄調節器、汽蒸容布器和水洗機等組成。漂白工序為:濕布浸軋漂液、汽蒸、水洗。漂液組成和工藝條件為:雙氧水(100%計)約2.5~5克∕升、水玻璃(比重1.4)約10~15克∕升、燒⿲(36°Be')約5~10毫升∕升、潤濕劑0.5~1克∕升、pH值10.5~10.9、浸軋溫度室溫、汽蒸溫度97~100℃、汽蒸時間60分鐘。

(二)作蠶絲漂白劑 雙氧水常用於絲織物漂白,次氯酸鹽漂白是不適用的,因為它能與絲質發生氯化作用,損傷絲質。

注 採用雙氧水漂絲的用量大致為30%雙氧水6.5~10克/升、40°Be'水玻璃2.5克/升、pH值8~8.5、浴比1:30,在70℃處理2~3小時,然後以熱水、冷水洗。

(三)作羊毛漂白劑 羊毛的漂白不能應用次氯酸鹽,因它會損傷纖維而引起泛黃。常用的是雙氧水。還原劑如重亞硫酸鈉、保險粉等也可用來脫色,但用還原劑漂白劑的羊毛,在空氣中會逐漸氧化而泛黃,很難獲得持久的白度。

注 用雙氧水漂白散羊毛或羊毛織物的用量大致是在100升水中加入10~20%的雙氧水10升,並另加氨水或水玻璃使漂液的pH值8為~8.5。浴比1:20,浸入漂物在50℃處理1小時,然後任其擱置10~12小時後,再升溫到50℃處理1小時,取出,用冷水清洗。

(四)作醋酯纖維漂白劑 醋酯纖維漂白大多用雙氧水,但不宜用過氧化鈉製漂液,否則會引起纖維皂化而使纖維本身根本變了質。用雙氧水漂白時大致用量為30%雙氧水5毫升∕升、肥皂3克∕升,織物在pH值8.5~9.5漂液中,溫度45℃,浸漬45~60分鐘。

(五)作還原染料染色後的氧化發色劑 還原染料隱色體染色卷染後水洗畢,根據染料氧化難易有過硼酸鈉氧化液、紅礬氧化液及雙氧水氧化液等三種。如用雙氧水處理,用量為雙氧水(30%)約2~3毫升∕升,溫度20~40℃,時間15~25分鐘。

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