Désinfectants: Peroxyde d'hydrogène

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Peroxyde d'hydrogène

La plupart des gens connaissent le peroxyde d'hydrogène en tant que composé utilisé pour le blanchissement des cheveux. Il peut aussi être utilisé pour la désinfection de l'eau.

Quand le peroxyde d'hydrogène a-t-il été découvert

Louis Jacque Thenard découvrit le peroxyde d'hydrogène en 1818. Le peroxyde d'hydrogène est constitué d'atomes d'oxygène et d'hydrogène. Il peut être trouvé partout sur la terre. Le peroxyde d'hydrogène contient une combinaison de deux atomes d'hydrogène et de deux atomes d'oxygène.
Dans l'environnement, le peroxyde d'hydrogène peut être trouvé en très basse concentrations. Le peroxyde d'hydrogène gazeux est produit par réactions photochimiques dans l'atmosphère enveloppant la Terre. Il peut aussi être trouvé dans l'eau en petite quantité.

Quelles sont les caractéristiques du peroxyde d'hydrogène?

Le peroxyde est un composé chimique qui contient l'ion peroxyde (O22-).
L'ion peroxyde consiste en une liaison simple entre deux atomes d'oxygènes: (O-O)2-. C'est un oxydant puissant.
Le peroxyde d'hydrogène a la formule chimique H2O2 et la formule semi-développée suivante:
H-O-O-H

La molécule de peroxyde d'hydrogène contient un atome d'oxygène extra en comparaison à la plus stable molécule d'eau. La liaison entre les deux atomes d'oxygènes, aussi appelée liaison peroxyde, est cassée alors que deux radicaux H-O sont formés. Ces radicaux réagissent rapidement avec d'autres substances alors que de nouveaux radicaux sont formés et qu'une chaîne de réactions a alors lieu. La solution de peroxyde d'hydrogène ressemble à de l'eau et peut être dissoute dans l'eau sans restriction. Pour de hautes concentrations, ces solutions sont irritantes et dégagent une odeur acide. Le peroxyde d'hydrogène est inflammable. A basses températures, il devient solide. La quantité de peroxyde d'hydrogène dans la solution est exprimé en pourcentage pondéral. Pour le traitement de l'eau, des concentrations en peroxyde d'hydrogène de 30 à 50% sont couramment utilisées.

Sélectivité

Le peroxyde d'hydrogène est utilisé pour différentes applications, parce qu'il est très sélectif. En changeant les conditions de réactions (température, pH, dosage, temps de réaction et addition d'un catalyseur), le peroxyde attaquera des pollutions différentes.

Corrosion due au peroxyde d'hydrogène

La corrosion du système de traitement de l'eau due au peroxyde d'hydrogène dépend de la quantité d'oxygène dissous produite. L'oxygène provoque la corrosion des métaux contenant du fer. La quantité de fer et le pH on une plus grande influence sur le pouvoir corrosif du peroxyde que sa propre concentration.

Destruction du peroxyde d'hydrogène

Le peroxyde d'hydrogène peut se désintégrer durant le transport. De l'oxygène et de la chaleur sont alors dégagés. Le peroxyde d'hydrogène est auto-inflammable, mais l'oxygène peut aussi augmenter le risque d'inflammation d'autres substances. Dans les solutions diluées, la chaleur est absorbée par l'eau. Dans les solutions concentrées, la température des solutions est augmentée, accélérant la destruction du peroxyde d'hydrogène. Le taux de destruction est multiplié par 2.2 pour chaque augmentation de 10°C en température. L'alcalinité et la présence de pollutions accélère également, la destruction du peroxyde d'hydrogène.
Pour la production de peroxyde d'hydrogène, des catalyseurs spéciaux sont utilisés pour être sûr que le peroxyde d'hydrogène n'est pas détruit par les polluants dans l'eau.

Comment le peroxyde d'hydrogène est-il produit?

Depuis 1880, le peroxyde d'hydrogène est un produit commercial. Il fut pour la première fois produit au Royaume-Uni en brûlant du sel de barium (Ba), ce qui produisit du peroxyde de barium (BaO2). En suivant le peroxyde de baryum fut dissous dans l'eau et du peroxyde d'hydrogène fut produit. Depuis le dix-neuvième siècle, la production de peroxyde d'hydrogène a largement augmenté. De nos jours la moitié d'un milliard de kilos sont produits annuellement.

Comment le peroxyde d'hydrogène est-il transporté et stocké?

Le peroxyde d'hydrogène peut être transporté dans des conteneurs de polyéthylène, d'acier inoxydable ou d'aluminium. Lorsque le peroxyde d'hydrogène arrive en contact avec de substances inflammables, telles que le bois, le papier, l'huile, le coton, des ignitions spontanées peuvent avoir lieu. Lorsque du peroxyde d'hydrogène est mixé avec de la matière organique telle que des alcools, de l'acétone, ou autres cétones, de l'aldéhydes et du glycérol, de fortes explosions peuvent avoir lieu.
Lorsque du peroxyde d'hydrogène vient en contact avec des substances telles que du fer, du cuivre, du chrome, du plomb, de l'argent, du manganèse, du sodium, du potassium, du magnésium, du nickel, de l'or, du platine, des métalloïdes, des oxydes de métaux ou des sel de métaux, cela peut également provoquer de fortes explosions. C'est pourquoi le peroxyde d'hydrogène est souvent transporté sous forme diluée.

Quelles sont les applications du peroxyde d'hydrogène?

La plus vieille application du peroxyde d'hydrogène est le blanchissement des chapeaux de paille, pratique très à la mode au début du vingtième siècle. Depuis 1920 jusqu'à 1950, le peroxyde d'hydrogène fut produit par électrolyse. Cette méthode permis de produire du peroxyde d'hydrogène pur. De nos jours, le procédé d'auto-oxydation est utilisé pour produire le peroxyde d'hydrogène. Durant ce procédé, l'hydrogène est la matière première.

Polyvalence du peroxyde d'hydrogène

Le peroxyde d'hydrogène est un composé polyvalent, il peut être utilisé pour beaucoup d'applications. Il peut aussi bien être utilisé pour l'air que pour l'eau, l'eau usée ou le sol. Il est parfois combiné avec d'autres agents, pour améliorer et accélérer les procédés. Le peroxyde d'hydrogène est plus communément utilisé pour éliminer les polluants de l'eau et de l'air. Il conteste la croissance (par exemple bio encrassement dans les systèmes d'eau) et il peut favoriser la croissance des bactéries (par exemple bio remédiassions dans les sols pollués et les eaux souterraines) à travers l'addition d'oxygène. Il peut aussi être utilisé pour traiter les polluants pouvant facilement être oxydé (par exemple pour le fer) que pour les polluants difficiles à oxyder (par exemple les solides dissous ou les pesticides).
Enfin, il peut être utilisé pour blanchir le papier, le textile, les dents et les cheveux ou pour produire de la nourriture, des minéraux, des substances pétrochimiques et de la poudre de lessive. Sous forme pure le peroxyde d'hydrogène est utilisé comme fournisseur d'oxygène pour diriger les sous-marins russes.

Le peroxyde d'hydrogène peut-il être utilisé comme oxydant?

Le peroxyde d'hydrogène est un oxydant puissant. Il est plus puissant que le dichlore (Cl2), le dioxyde de chlore (ClO2), et le permanganate de potassium (KMnO4). Par catalyse le peroxyde d'hydrogène peut être converti en hydroxyradical (OH). Le potentiel d'oxydation du peroxyde d'hydrogène est juste inférieur à celui de l'ozone.

Tableau 1: potentiel d'oxydation de différents oxydants
width=600 border=1> Oxydant Potentiel d'oxydation fluor 3,0 hydroxyradical 2,8 ozone 2,1 peroxyde d'hydrogène 1,8 permanganate de potassium 1,7 dioxyde de chlore 1,5 chlore 1,4

Comment le peroxyde d'hydrogène est-il dosé?

La plupart des applications du peroxyde d'hydrogène consiste en de l'injection de peroxyde d'hydrogène dans l'eau. Aucun autre produit chimique n'est requis. Cette application est utilisée pour contrôler la croissance biologique, pour additionner de l'oxygène, pour éliminer des résidus de chlore et oxyder des sulfures, des sulfites des métaux ou d'autres substances facilement oxydables. L'efficacité du peroxyde d'hydrogène pour ces applications est influencé par le pH, la température et le temps de réaction.

Le peroxyde d'hydrogène catalysé

Les pollutions qui ne sont pas facilement oxydées, requièrent une activation du peroxyde d'hydrogène par un catalyseur (fer, manganèse ou d'autres métalloïdes). Ces catalyseurs peuvent également être utilisés pour accélérer les réactions du peroxyde d'hydrogène qui prennent des heures ou des jours.

Quels sont les procédés d'oxydation avancée?

Les procédés d'oxydation avancée correspondent à un nouveau développement dans le domaine de la désinfection au peroxyde d'hydrogène. Ces procédés produisent des radicaux d'oxygène réactifs, sans l'interférence de métaux catalyseurs. Comme exemple on pourra citer la combinaison du peroxyde d'hydrogène avec l'ozone (peroxone) ou les Ultras Violets. Le résultat de ces méthodes est l'oxydation de substance difficilement dégradables, sans production de boue ou de résidu. Ces méthodes sont utilisées dans le monde entier pour le traitement des eaux souterraines, de l'eau destinée à la consommation et pour la désinfection des matières organiques et leur élimination des eaux usées industrielles.

Comment fonctionne la désinfection au peroxyde d'hydrogène?

Parmi d'autres applications, le peroxyde d'hydrogène peut être utilisé comme un désinfectant. Il est utilisé pour traiter l'inflammation des gommes et pour désinfecter l'eau potable. Il est aussi utilisé pour combattre la croissance excessive des microbes dans les systèmes de traitement d'eau et les tours de refroidissement.
Aux Etats-Unis, le peroxyde d'hydrogène est utilisé de plus en plus fréquemment pour traiter individuellement les centres d'approvisionnement en eau. Il est utilisé pour prévenir la formation de couleurs de gouts, de corrosion et la pollution dégradable (fer, manganèse, sulfates) et la dégradation des micro-organismes. Le peroxyde d'hydrogène réagit très rapidement. Il est ensuite désintégré en hydrogène et en eau, sans formation de sous-produits. Cela augmente la quantité d'oxygène dans l'eau.

Le mécanisme de désinfection du peroxyde d'hydrogène est basé sur le dégagement des radicaux libres d'oxygène:
H2O2 → H2O + O2

Les pollutions sont décomposées par les radicaux libres d'oxygène, et seule l'eau perdure. Les radicaux libres sont à la fois oxydants et désinfectants. Le peroxyde d'hydrogène élimine les protéines par le procédé d'oxydation.
Les peroxydes tels que le peroxyde d'hydrogène (H2O2), le perborate, le peroxiphosphate et le persulfate, sont des bons désinfectants et oxydants. En général, ceux-ci peuvent éliminer les micro-organismes de manière adéquate. Cependant ces peroxydes sont vraiment très instables.
Les perborates sont très toxiques. L'acide peracétique est un acide fort. Il peut être très agressif sous forme pure. Les persulfates stabilisés peuvent être utilisés pour remplacer le chlore pour le traitement des eaux usées.

Le peroxyde d'hydrogène est-il utilisé pour la désinfection de l'eau potable?

Dans les années 1950, le peroxyde d'hydrogène fut d'abord utilisé pour la désinfection de l'eau potable en Europe de l'Est. Il est connu pour son importante capacité d'oxydation et son efficacité en tant que biocide. Le peroxyde d'hydrogène n'a pas souvent été utilisé pour la désinfection de l'eau destinée à la consommation, mais sa popularité semble croître. Il est souvent combiné à un traitement par l'ozone, l'argent, ou les UV.

Le peroxyde d'hydrogène est-il utilisé pour la désinfection des piscines?

Les applications du peroxyde pour la désinfection et le traitement de l'eau sont limitées. Récemment, des formes plus stables ont été développées, celles-ci pouvant être utilisées pour la désinfection des piscines.
La désinfection au peroxyde d'hydrogène requiert un important dosage. Le principal désavantage est la faible capacité à désinfecter et à oxyder du peroxyde d'hydrogène pour des concentrations faibles (10mg/L) qui sont requises pour la désinfection des piscines. L'autre problème est la décomposition rapide du peroxyde d'hydrogène dans l'eau et la présence de radicaux d'oxygène. Grâce à une addition stabilisante, la décomposition du peroxyde d'hydrogène est retardée et la capacité de désinfection peut être maintenue.
Comparé au chlore, au brome, à l'ozone, et aux autres désinfectants, le peroxyde d'hydrogène n'est pas un désinfectant très puissant. La désinfection des piscines par le peroxyde d'hydrogène n'est pas autorisée, à moins quelle soit utilisée en combinaison avec d'autres désinfectants (UV, ozone, sels d'argents). Le peroxyde d'hydrogène améliore la capacité de désinfection des autres désinfectants.

Le peroxyde d'hydrogène peut-il être utilisé pour la désinfection des tours de refroidissement

Le peroxyde d'hydrogène peut être utilisé pour la désinfection des tours de refroidissement, lorsqu'il est combiné avec d'autres désinfectants. L'acide peracétique (CH3COOH, PAA) peut aussi être utilisé pour la désinfection des tours de refroidissement.

Le peroxyde d'hydrogène peut-il permettre d'éliminer le chlore?

Le peroxyde d'hydrogène peut être utilisé pour la déchloration, en d'autres termes pour éliminer le chlore résiduel. Le chlore résiduel forme des acides corrosifs lorsqu'il est oxydé par l'air ou condensé sur des systèmes de process.
Lorsque le chlore réagit avec le peroxyde d'hydrogène, le peroxyde d'hydrogène se dissocie en eau et en oxygène. L'hydrolyse. Des gaz de chlore en acide hypochlorique provoque plus tard l'ionisation en ions hypochloreux.
Cl2 + HOCl + H+ + Cl
HOCl + H+ + Cl


Après cela, le peroxyde d'hydrogène réagit avec l'hypochlorite:
OCl- + H2O2 (g) -> Cl- + H2O + O2

La réaction entre le peroxyde d'hydrogène et l'hypochlorite prend place très rapidement. D'autres substances organiques et inorganiques ne peuvent réagir avec l'hypochlorite.

Quels sont les avantages et les désavantages de la désinfection au peroxyde d'hydrogène

Avantages

Contrairement aux autres substances chimiques, le peroxyde d'hydrogène ne produit pas de résidus ou de gaz. La sureté de son application dépend de la concentration mise en jeu, car le peroxyde d'hydrogène est complètement soluble dans l'eau.

Désavantages

Le peroxyde d'hydrogène est un oxydant puissant. Il réagit avec une grande variété de substances. Il est par conséquent dilué pendant le transport, pour des raisons de sécurité. Cependant, pour des désinfections au peroxyde d'hydrogène, des concentrations très importantes sont requises.
Le peroxyde d'hydrogène se décompose lentement en eau et en oxygène. Une élévation de la température et la présence de pollution peuvent accélérer le procédé.

La concentration du peroxyde d'hydrogène dans une solution diminue lentement. Ceci est provoqué par la réaction suivante:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
C'est une réaction redox. Les molécules d'hydrogène fonctionnent partiellement comme réducteur et partiellement comme oxydant.

Le peroxyde d'hydrogène est-il efficace
L'efficacité du peroxyde d'hydrogène dépend de plusieurs facteurs, tels que le pH, les catalyseurs, la température, la concentration en peroxyde et le temps de réaction.

Quels sont les effets du peroxyde d'hydrogène sur la santé?

L'exposition au peroxyde d'hydrogène peut avoir lieu par inhalation de poussière ou de vapeurs, par ingestion ou par contact avec la peau ou les yeux. Le peroxyde d'hydrogène peut irriter les yeux, la peau et les membranes muqueuses. L'exposition des yeux à une concentration supérieure ou égale à 5% peut provoquer des dommages permanents aux yeux. Des tests avec des laboratoires animaliers de l'Agence Internationale de Recherche contre le Cancer Américaine ont montré que le peroxyde d'hydrogène pouvait être cancerigène pour les animaux. Les tests en laboratoire sur les bactéries montrent que le peroxyde d'hydrogène est mutagène; il change et endommage l'ADN. Lorsque les humains inhalent du peroxyde d'hydrogène, cela provoque l'irritation des poumons. L'exposition de la peau provoque des boursouflures, des brûlures, et des blanchiments de la peau. Les organes qui sont extrêmement sensibles aux expositions au peroxyde d'hydrogène sont les intestins, le thymus, le rein et le foie. Les effets d'une exposition chronique sur les humains ne sont pas connus. Les effets sur la reproduction et le développement n'ont pas encore été suffisamment étudiés.

Quelle est la législation concernant le peroxyde d'hydrogène?

UE
Le peroxyde d'hydrogène n'est pas mentionné dans les normes de l'union européenne concernant l'eau potable 98/83/EC.

USA
Au USA, le peroxyde d'hydrogène a été considéré comme un pesticide par l'EPA en 1977.

Quelles substances peuvent être combinées avec le peroxyde d'hydrogène?

Pour la désinfection, le peroxyde d'hydrogène peut être combiné avec d'autres agents. Par exemple l'acide peracétique ou le peroxone.

cellSpacing=4 width=720 border=0> Désinfectants
La désinfection de l'eau peut-être réalisée à partir de plusieurs désinfectants.

On utilise par exemple:

Le chlore

L'hypochlorite de sodium

Le dioxyde de chlore

Les chloramines

Peroxyde d'hydrogène

Cuivre/ argent ionisation

Brome

Autres désinfectants incluant l'ozone et les UV.

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Introduction sur la désinfection de l'eau
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Histoire du traitement de l'eau

Qu'est ce que la désinfection de l'eau?
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