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O processo de antraquinona para a produção de H₂O₂

1936-01-01
  • Hans Joachim Riedl
  • Georg Pfleiderer
Instalação industrial para produção de peróxido de hidrogênio usando o processo de antraquinona.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

O processo de antraquinona, desenvolvido na década de 1930, é o processo industrial dominante. método para a produção de peróxido de hidrogênio. Envolve a hidrogenação de um derivado de antraquinona a antrahidroquinona, seguida de sua oxidação com ar para regenerar a antraquinona original e produzir peróxido de hidrogênio. O H₂O₂ é então extraído com água e concentrado, criando um ciclo contínuo e eficiente.

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 catalisador, 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).

A escolha do grupo alquila e do sistema de solventes é crucial para a eficiência do processo, pois afeta a solubilidade, as taxas de reação e a estabilidade dos intermediários. Algumas reações secundárias podem ocorrer, levando à degradação da antraquinona, o que exige reposição e purificação periódicas da solução de trabalho. Apesar disso, o processo é altamente eficiente e escalável, razão pela qual permanece como o método padrão para a produção em larga escala de H₂O₂ há mais de 80 anos.

UNESCO Nomenclature: 2208
Química orgânica

Tipo

Processo Químico

Interrupção

Incremental

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Compreensão da química redox quinona/hidroquinona
  • desenvolvimento de técnicas de hidrogenação catalítica em escala industrial
  • advances in chemical engineering, particularly liquid-liquid extraction and distillation
  • Descoberta do paládio como um catalisador eficaz de hidrogenação

Aplicações

  • produção em larga escala de peróxido de hidrogênio para a indústria de celulose e papel
  • fabricação de intermediários químicos como o óxido de propileno
  • Produção de peróxido de hidrogênio de alta pureza para a indústria eletrônica
  • fornecimento para instalações de tratamento de águas residuais

Patentes:

  • US2158525A
  • US2215883A

Ideias de Inovação Potencial

  • decentralized, on-site peroxide generators for remote water purification
  • microreactors for anthraquinone process to improve safety and efficiency
  • solar-powered anthraquinone process using photocatalytic water splitting for hydrogen
  • integrated systems that use the waste heat from the exothermic oxidation step for other plant processes
  • genetically engineered microbes that can perform steps of the anthraquinone cycle
  • ionic liquid-based solvent systems to reduce composto orgânico volátil (VOC) emissions
  • new catalisadores that are more resistant to poisoning and degradation
  • electrochemical versions of the process that use water electrolysis for hydrogen generation
  • closed-loop systems for textile bleaching that regenerate peroxide on-site
  • smart process control using AI to optimize reaction conditions in real-time
Relacionado a: processo da antraquinona, química industrial, produção de peróxido de hidrogênio, Riedl-Pfleiderer, ciclo catalítico, hidrogenação, oxidação, 2-etilantraquinona, catalisador de paládio, engenharia química.

Contexto histórico

O processo de antraquinona para a produção de H₂O₂

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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