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Il processo dell'antrachinone per la produzione di H₂O₂

1936-01-01
  • Hans Joachim Riedl
  • Georg Pfleiderer
Impianto industriale per la produzione di perossido di idrogeno mediante il processo dell'antrachinone.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Il processo all'antrachinone, sviluppato negli anni '30, è il processo industriale dominante metodo per la produzione di perossido di idrogeno. Il processo prevede l'idrogenazione di un derivato dell'antrachinone ad antraidrochinone, seguita dalla sua ossidazione con aria per rigenerare l'antrachinone originale e produrre perossido di idrogeno. L'H₂O₂ viene quindi estratto con acqua e concentrato, creando un ciclo continuo ed efficiente.

The anthraquinone process, also known as the Riedl-Pfleiderer process, is an elegant example of a catalytic cycle. The process begins with a solution of a 2-alkylanthraquinone (e.g., 2-ethylanthraquinone) in a mixture of organic solvents. This solution is hydrogenated using a catalizzatore, typically palladium on a solid support. The hydrogenation reduces the quinone groups to hydroquinone groups, forming 2-alkylanthrahydroquinone. This is the reduction step. Following this, the solution is moved to an oxidizer vessel where it is bubbled with compressed air. The oxygen in the air oxidizes the anthrahydroquinone back to the original 2-alkylanthraquinone, and in the process, produces hydrogen peroxide. The overall reaction is [latex]H_2 + O_2 \rightarrow H_2O_2[/latex]. The hydrogen peroxide formed is immiscible with the organic solvent mixture and is extracted using demineralized water. The resulting aqueous solution is typically around 40% H₂O₂ by weight. This solution can then be purified and concentrated by vacuum distillation to produce various commercial grades, up to 70% or even higher for specialized applications. The organic solution containing the regenerated anthraquinone is dried and recycled back to the hydrogenation step, making the process a continuous loop. The only net inputs are hydrogen and oxygen (from air), and the only output is hydrogen peroxide (and water).

La scelta del gruppo alchilico e del sistema solvente è fondamentale per l'efficienza del processo, poiché influisce sulla solubilità, sulla velocità di reazione e sulla stabilità degli intermedi. Possono verificarsi alcune reazioni collaterali che portano alla degradazione dell'antrachinone, il che richiede un rifornimento e una purificazione periodici della soluzione di lavoro. Nonostante ciò, il processo è altamente efficiente e scalabile, motivo per cui è rimasto il metodo standard per la produzione di H₂O₂ in massa per oltre 80 anni.

UNESCO Nomenclature: 2208
- Chimica organica

Tipo

Processo chimico

Interruzione

Incrementale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • comprensione della chimica redox chinone/idrochinone
  • sviluppo di tecniche di idrogenazione catalitica su scala industriale
  • advances in chemical engineering, particularly liquid-liquid extraction and distillation
  • scoperta del palladio come efficace catalizzatore di idrogenazione

Applicazioni

  • produzione su larga scala di perossido di idrogeno per l'industria della carta e della cellulosa
  • produzione di intermedi chimici come l'ossido di propilene
  • produzione di perossido di idrogeno ad alta purezza per l'industria elettronica
  • fornitura per impianti di trattamento delle acque reflue

Brevetti:

  • US2158525A
  • US2215883A

Idee e potenziali innovazioni

  • generatori di perossido decentralizzati in loco per la purificazione dell'acqua a distanza
  • microreattori per il processo antrachinonico per migliorare la sicurezza e l'efficienza
  • processo antrachinonico alimentato ad energia solare mediante scissione fotocatalitica dell'acqua per l'idrogeno
  • sistemi integrati che utilizzano il calore di scarto della fase di ossidazione esotermica per altri processi dell'impianto
  • microbi geneticamente modificati in grado di eseguire fasi del ciclo dell'antrachinone
  • ionic liquid-based solvent systems to reduce composto organico volatile (VOC) emissions
  • new catalizzatori that are more resistant to poisoning and degradation
  • versioni elettrochimiche del processo che utilizzano l'elettrolisi dell'acqua per la generazione di idrogeno
  • sistemi a circuito chiuso per lo sbiancamento tessile che rigenerano il perossido in loco
  • controllo intelligente dei processi mediante intelligenza artificiale per ottimizzare le condizioni di reazione in tempo reale
Correlato a: processo di antrachinone, chimica industriale, produzione di perossido di idrogeno, Riedl-Pfleiderer, ciclo catalitico, idrogenazione, ossidazione, 2-etilantrachinone, catalizzatore di palladio, ingegneria chimica.

Contesto storico

Il processo dell'antrachinone per la produzione di H₂O₂

1930
1931
1932
1936-01-01
1938
1940
1950
1930
1931
1932
1933
1937
1940
1947
1950

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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