Das Anthrachinon-Verfahren zur H₂O₂-Produktion
1936-01-01
- Hans Joachim Riedl
- Georg Pfleiderer
Das in den 1930er Jahren entwickelte Anthrachinon-Verfahren ist das dominierende industrielle Verfahren. Verfahren Zur Herstellung von Wasserstoffperoxid wird ein Anthrachinonderivat zu Anthrahydrochinon hydriert und anschließend mit Luft oxidiert, um das ursprüngliche Anthrachinon zurückzugewinnen und Wasserstoffperoxid zu erzeugen. Das H₂O₂ wird dann mit Wasser extrahiert und konzentriert, wodurch ein kontinuierlicher und effizienter Kreislauf entsteht.
Das Anthrachinon-Verfahren, auch bekannt als Riedl-Pfleiderer-Verfahren, ist ein elegantes Beispiel für einen katalytischen Kreislauf. Das Verfahren beginnt mit einer Lösung eines 2-Alkylanthrachinons (z. B. 2-Ethylanthrachinon) in einem Gemisch aus organischen Lösungsmitteln. Diese Lösung wird mit einem Katalysator, in der Regel Palladium auf einem festen Träger, hydriert. Durch die Hydrierung werden die Chinongruppen zu Hydrochinongruppen reduziert, wodurch 2-Alkylanthrachinon entsteht. Dies ist der Reduktionsschritt. Anschließend wird die Lösung in einen Oxidationsbehälter überführt, wo sie mit Druckluft durchströmt wird. Der Sauerstoff in der Luft oxidiert das Anthrahydrochinon zurück zum ursprünglichen 2-Alkylanthrachinon und erzeugt dabei Wasserstoffperoxid. Die Gesamtreaktion ist [latex]H_2 + O_2 \rightarrow H_2O_2[/latex]. Das gebildete Wasserstoffperoxid ist mit dem organischen Lösungsmittelgemisch nicht mischbar und wird mit entmineralisiertem Wasser extrahiert. Die dabei entstehende wässrige Lösung enthält in der Regel etwa 40% H₂O₂ nach Gewicht. Diese Lösung kann dann durch Vakuumdestillation gereinigt und aufkonzentriert werden, um verschiedene handelsübliche Qualitäten bis zu 70% oder für Spezialanwendungen sogar noch höher zu erhalten. Die organische Lösung, die das regenerierte Anthrachinon enthält, wird getrocknet und in den Hydrierungsschritt zurückgeführt, wodurch der Prozess zu einem kontinuierlichen Kreislauf wird. Die einzigen Nettoeingänge sind Wasserstoff und Sauerstoff (aus der Luft), und der einzige Ausgang ist Wasserstoffperoxid (und Wasser).
Die Wahl der Alkylgruppe und des Lösungsmittelsystems ist entscheidend für die Effizienz des Prozesses, da sie die Löslichkeit, die Reaktionsgeschwindigkeit und die Stabilität der Zwischenprodukte beeinflusst. Es können einige Nebenreaktionen auftreten, die zum Abbau des Anthrachinons führen, was eine regelmäßige Auffüllung und Reinigung der Arbeitslösung erfordert. Dennoch ist das Verfahren hocheffizient und skalierbar, weshalb es seit über 80 Jahren die Standardmethode für die Herstellung von H₂O₂ in großen Mengen ist.
UNESCO Nomenclature: 2208
- Organische Chemie
Verwendung
Weitverbreitete Verwendung
Vorläufer
- Verständnis der Chinon/Hydrochinon-Redoxchemie
- Entwicklung katalytischer Hydrierungstechniken im industriellen Maßstab
- Fortschritte in der chemischen Verfahrenstechnik, insbesondere Flüssig-Flüssig-Extraktion und Destillation
- Entdeckung von Palladium als wirksamer Hydrierungskatalysator
Anwendungen
- Großproduktion von Wasserstoffperoxid für die Zellstoff- und Papierindustrie
- Herstellung chemischer Zwischenprodukte wie Propylenoxid
- Produktion von hochreinem Wasserstoffperoxid für die Elektronikindustrie
- Versorgung von Kläranlagen
Potenzielle Innovationsideen
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Verwandte Themen: Anthrachinonprozess, industrielle Chemie, Wasserstoffperoxidproduktion, Riedl-Pfleiderer, katalytischer Zyklus, Hydrierung, Oxidation, 2-Ethylanthrachinon, Palladiumkatalysator, chemische Technik.