过氧化氢分解影响因素分析

过氧化氢分解影响因素分析

一、过氧化氢的性能

过氧化氢又名双氧水，分子式为H2O2，结构式为H-O-O-H，相对分子质量为34.01。它是一弱酸性的无色透明液体，相对密度1.4067（25℃），溶点－0.41℃，沸点150.2℃，溶于水、醇、醚，不溶于石油，极不稳定，遇热、光、粗糙表面、重金属及其它杂质会引起分解，同时放出氧气和热量。在酸性条件下比较稳定，一般商品的过氧化氢溶液里都加有酸作为稳定剂。在温度稍高时，高浓度的过氧化氢能使有机物质燃烧，与二氧化锰相互作用能引起爆炸，不利于运输。过氧化氢具有较强的氧化能力，为强氧化剂，腐蚀性很强，贮存双氧水容器的材质只能用纯铝（＞99.6％）、不锈钢、玻璃、陶瓷和聚乙烯塑料等。

二、过氧化氢的用途

过氧化氢是一种重要的无机化工原料和精细化工产品，含量一般有3％、30％、35％，有的甚至高达90％，常用的有30％或35％。过氧化氢广泛应用于化学品合成、纸浆、纸和纺织品的漂白（是一种优良的氧化漂白剂），金属矿物质处理、环保、电子及军工等领域。目前，我国双氧水的消费结构为纺织工业50％，造纸工业13％，化工23％，其他14％。

纺织工业：纺织工业中过氧化氢主要用于纺织品退浆、漂白，还原染料染色时显色。如纯棉织物、麻织物、皮毛及工艺品的漂白。

三、影响过氧化氢分解的因素

过氧化氢的分解受多种因素的影响。如：浓度、温度、PH值、重金属离子、酰胺类化合物、过氧化氢酶、其它物质。在氧化漂白过程中要综合地考虑，合理制定工艺，有效地控制其分解，充分地利用。

1、浓度：过氧化氢在较低浓度时，分解速率较慢，但随着浓度的升高，分解速率逐渐增大。当含量超过65％，温度稍高时，分解加剧，遇有机物还会容易引起爆炸，且不宜于运输和保存。

2、温度：过氧化氢受热和日光照射时分解速率加快，在温度为30℃以下时比较稳定，在70℃以上时，分解速率更快。因为过氧化氢商品中都加有稳定剂，过氧化氢的分解要超过其活化能时才能分解，因此当温度提高到一定程度后便加速分解，温度越高则分解越快。

过氧化氢分解生成水和放出氧气。

2H2O2→2H2O+O2↑＋200kJ

3、酸碱度：过氧化氢在强酸性条件下（pH＜3）稳定性较差，其分解速度很快。

过氧化氢在弱酸条件下比较稳定，一般商品的过氧化氢溶液里都加有酸作为稳定剂，它的pH值约在4左右。当pH值在5-7时，其分解有所加快。

过氧化氢在碱性条件下不稳定，分解速度加快。因为在此条件下，容易形成HO2-离子，而HO2-是一种亲核试剂。引发过氧化氢分解，产生游离基。其反应如下：

H2O2→H++HO2-

H2O2+HO2-→HO2·＋HO·+HO- 也可能发生下列分解：

H2O2→2HO·

当pH＞11时过氧化氢分子大部分以过氧氢阴离子（HO2-）形式存在，所以此时溶液的稳定性很差，且随着pH值的升高，稳定性下降，分解速度更快。

过氧化氢溶液是一个具有复杂成分的溶液，随着pH的变化，溶液成份发生较大变化。纺织品过氧化氢漂白一般是在碱性条件下进行的。在碱性介质中，过氧化氢转变生成的过氧氢阴离子是活性漂白离子：

H2O2+OH-→HO2-+H2O

(在25℃，pH＝11.6时）

强碱性使上述平衡向形成HO2-离子的方向移动。pH值为10.5时，10.5％的H2O2具有活性形式。PH值为11.5时，50％的H2O2具有活性形式。HO2-离子主要与共轭羰基结构反应破坏其发色基团，起到消色的目的。pH值必须足够高以达到一个合适的漂白反应速率，但不能高到分解过氧化氢损失了纤维强度的程度。

此外，在催化剂存在下，过氧化氢分解出O2，无漂白能力，相反如渗透到纤维内部，在高温碱性条件下，将引起纤维的严重损伤，所以又将过氧化氢的分解分为有效分解和无效分解两种类型。有效分解即过氧化氢分解产物是对漂白有贡献的活性组分。在漂白过程中，过氧化氢受碱的活化作用，不断地释放出活性成分，并与色素作用，从而完成了漂白的工序；无效分解即过氧化氢分解产物为对纤维有损伤的组分和其它物质。

在实际生产中，两种分解同时存在，应控制好工艺条件，尽量减少无效分解，以获得良好的漂白效果。

4、金属离子:过氧化氢溶液中所含微量的某些金属及其离子也能影响它的分解速度。如Cu、Fe、Mn、Ni、Zn、Cr等都能催化过氧化氢分解，使分解速度加快，其中催化作用最强的是铜和铁。如表所示：

某些金属离子对H2O2的催化分解作用

亚铁离子对过氧化氢催化分解的反应如下：

Fe2++H2O2→Fe3++OH-+HO·

Fe2++HO·→Fe3++OH-

H2O2+HO·→HO2·H2O

Fe2++HO2·→Fe3++HO-2

Fe3++HO2-→Fe2++H++O2

当有高铁离子存在时，则可能被HO2-还原成亚铁离子；

Fe3++HO2-→Fe2++HO2·

铜和其它金属离子也能发生类似的反应。在金属离子催化作用下，H2O2迅速而复杂地分解，形成HO·、HO2·、HO2- 、O2等。

为了控制过氧化氢分解，有效地进行漂白，又不致浪费有效成份和过度损伤纤维，通常在漂液中加入一定量的稳定剂，如硅酸钠或其它的络合剂。

5、强氧化剂

过氧化氢遇到比它更强的氧化剂，则又具有还原剂的性质，也能快速分解。如在酸性溶液中，与高锰酸钾可发生如下反应：

2KMnO4+4H2O2+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+8H2O+5O2↑

一般对过氧化氢进行分析测定，就是基于这个反应原理。

6、酰胺类配合物

酰胺类物质如尿素、甲酰胺、苯甲酰胺、二甲基甲酰胺等均含有酰胺基，能和过氧化氢形成配合物，然后分解产生自由羟基基团，进一步分解产生自由过羟基基团、自由羟基基团、水和氧气。分解释放出的氧气成份，与纤维上色素不饱和键反应，起到漂白作用。该类物质的作用还需要进一步研究。

以尿素为例。当不加尿素时，过氧化氢的分解反应式为：

2H2O2→2H2O+O2↑

在尿素的存在下，过氧化氢的分解一种情况是按以下步骤进行：H2O2+（NH2）2CO→（NH2）2CO·H2O2

（NH2）2CO·H2O2→H2NCONH2+2HO·

HO·+H2O2→H2O+HO2·

HO2+H2O2→HO·+H2O+O2

以上反应表示过氧化氢与尿素作用首先形成了配合物，然后分解产生自由羟基基团HO·，再分解产生自由过羟基基团HO2·。

另一种可能是过氧化氢通过氢键作用与酰胺基连接的产物促使过氧化氢较快地分解。其作用情况是：

H2O2=H++HO2-

（H2N）2CO+HO2-→（NH2）2CO…HO-2

由此过氧化氢与尿素的结合也比较复杂，有待更深入地研究。

7、过氧化氢酶

过氧化氢酶是最近几年利用较多一类酶，是过氧化氢分解的催化剂。由于其催化分解能力太强，在过氧化氢氧化漂白过程中，不是利用它来控制过氧化氢的分解速度进行漂白，而是取代了单纯高温热水洗和冷水洗，去除漂白后残留在织物上的过氧化氢，以免过氧化氢影响后