Proses Pembuatan Hidrogen Peroksida melalui Auto-oksidasi Athraquinone

      Proses pembuatan hidrogen peroksida dengan menggunakan proses autooksidasi anthraquinone merupakan proses yang diperkenalkan pertama oleh industri IG Farben di Jerman pada tahun 1940an. Melalui proses ini dapat dihasilkan H₂O₂ 1 metrik ton per hari. Proses ini merupakan siklus operasi dimana alkil anthraquinone digunakan kembali. Alkil antharaquinone dalam proses ini berfungsi sebagai pembawa H₂ dan dibutuhkan untuk mencampur oksigen dan hidrogen secara langsung yang dapat menimbulkan bahaya (campuran yang mudah meledak). Loop sintesis pada proses ini terdiri dari tahap hidrogenasi, filtrasi, oksidasi dan ekstraksi. Selain itu juga ada proses selanjutnya seperti pemurnian, pemekatan, stabilisasi dan pengemasan. 

1. Tahap Hidrogenasi

     Alkil anthraquinone yang biasanya digunakan dalam proses ini adalah 2-etilanthraquinone. Alkil anthraquinone ini dilarutkan dalam dua pelarut, yaitu pelarut polar dan nonpolar. Secara keseluruhan anthraquinone dan pelarut disebut larutan kerja. Pelarut yang digunakan dalam tahap ini bisa Al₂O₃ saja, SiO₂ saja atau campuran Al₂O₃ dan SiO₂. Larutan kerja yang mengandung anthraquinone terlarut dihidrogenasi dengan gas hidrogen dalam hidrogenator menggunakan katalis palladium. Temperatur diatur pada suhu sekitar 45^oC dan di bawah tekanan parsial hidrogen hingga 4 bar. Hidrogenasi ini dikontrol dan dijaga di bawah 60% untuk meminimalisir reaksi hidrogen sekunder terhadap cincin anthraquinone. Selama hidrogenasi alkil anthraquinone diubah menjadi alkil anthrahidroquinone dan tetrahidroalkil-anthrahidroquinone, meskipun pembentukan quinone bentuk tetra lebih disukai.

          Katalis palladium dalam proses ini dapat digantikan dengan salah satu katalis yang lain yaitu katalis Raney nikel yang digunakan dalam proses reduksi atau hidrogenasi anthraquinone. Namun proses ini memiliki dua kelemahan yaitu anthraquinone akan mengalami hidrogenasi yang berlebihan dan deaktivasi yang cepat. Oleh karena itulah digunakan katalis palladium yang lebih selektif, namun hasil samping dari proses hidrogenasi tidak dapat dihindari (pemakaian hidrogen dan anthraquinone yang berlebih). Selektivitas katalis ini tinggi dimana hidrogenasi hanya akan terjadi pada gugus karbonil dan meninggalkan cincin aromatik dalam keadaan tetap utuh.

2. Tahap Filtrasi  

Pada proses ini larutan kerja yang mengandung antharaquinone terhidrogenasi disaring untuk memisahkan katalis. Jika katalis tidak disaring akan dapat menyebabkan hidrogen peroksida mengalami dekomposisi pada tahap selanjutnya, mengurangi hasil dan menyebabkan bahaya.

3. Tahap Oksidasi

Pada proses ini larutan kerja dioksidasi dengan menghembuskan udara kaya oksigen ke dalamnya. Tetrahidroalkil-anthrahidroquinone dioksidasi, membentuk hidrogen peroksida dalam fase organik dan membentuk quinone kembali. Oksidasi ini dilakukan tanpa adanya katalis dengan cara mendidihkan udara melalui larutan pada suhu 30 – 60^oC dan tekanan mendekati tekanan atmosfer. Reaksi ini terjadi melalui mekanisme rantai radikal bebas. Oleh karena proses oksidasi ini tidak digunakan katalis sehingga proses ini sering disebut auto-oksidasi.

4. Tahap Ekstraksi

Pada proses ini hidrogen peroksida yang terbentuk pada fasa organik dipisahkan dari larutan kerja agar diperoleh hasil dalam fasa air. Air bebas mineral ditambahkan dari atas kolom ekstraksi cair – cair dengan tinggi 35 meter. Air dialirkan ke bawah kolom sedangkan larutan kerja di pompa ke bagian atas kolom. Ekstraktor didesain untuk memastikan agar kontak antara air dan larutan kerja dapat maksimum. Hidrogen peroksida yang terdapat dalam larutan kerja memiliki konsentrasi antara 0,8 – 1,9% w/w dan ekstraktor efisien dapat meningkatkannya menjadi lebih dari 95%. Konsentrasi hidrogen peroksida dalam produk mentahnya antara 25 – 45%. Larutan kerja meninggalkan bagian atas ekstraktor dan bebas dari hidrogen peroksida serta dipompa kembali ke hidrogenator. Larutan kerja sekarang hanya mengandung alkil anthraquinone dan tetrahidroalkil-anthrahidroquinone.

5. Tahap Pemekatan dan Pengemasan

Hidrogen peroksida dengan konsentrasi antara 25 – 45% yang diperoleh kemudian dimurnikan dan dilakukan distilasi vakum hingga konsentrasinya meningkat sampai 70% w/w. Produk yang telah terkonsentrasi distabilkan untuk menghindari terjadinya dekomposisi dengan cara menambahkan stabilizer, dimana stabilizer disini yang digunakan adalah sodium stannate dengan membentuk koloid pelindung. Setelah itu produk yang dihasilkan dipompa ke dalam tangki penampung.

Stabilizer mengandung agen pengkhelat (fosfat anorganik atau organik) dan/ atau stannate dan silikat. Beberapa stabilizer (stannate) bersifat basa, kebanyakan (asam fosfonik) bersifat asam dan digunakan sebagai buffer yang dapat meningkatkan keasaman produk. Koloid stannate dan sodium pirophosphate (pada 25 – 250 mg/L) adalah stabilizer yang standard digunakan. Organofosfonat juga umum digunakan sebagai stabilizer. Aditif lain yang dapat digunakan adalah nitrat, asam fosfor dan koloid silikat. Jumlah dan jenis stabilizer yang digunakan bervariasi sesuai dengan kualitas produk dan konsentrasi hidrogen peroksida.

           Hidrogen peroksida memiliki sifat yang tidak berbau dan tidak berwarna. H₂O₂ yang didapatkan di toko obat atau toko bahan kimia telah mengandung stabilizer. Dengan menuangkan ½ cap hidrogen peroksida ke dalam wadah distilasi dengan air non-klorinasi dan ditempatkan di bawah sinar matahari untuk mengamati apakah H₂O₂ mengandung stabilizer atau tidak. Jika mengandung stabilizer maka warna akan tampak kuning atau warna lainnya. Jika larutan H₂O₂ tidak berwarna, berarti dalam larutan tidak mengandung stabilizer.