مقدمه

پراکسید هیدروژن یا آب اکسیژنه (H2O2) نخستین‌بار در سال ۱۸۱۸ توسط لویی ژاک تنار تولید شد. او این ماده را از طریق واکنش پراکسید باریم با اسید نیتریک به‌دست آورد. پس از آن، روش سنتز پراکسید هیدروژن با استفاده از اسید هیدروکلریک بهبود یافت و سپس با افزودن اسید سولفوریک، محصول جانبی سولفات باریم رسوب داده شد. این فرآیند از اواخر قرن نوزدهم تا میانه قرن بیستم مورد استفاده قرار گرفت.
پراکسید هیدروژن صد درصد خالص برای نخستین‌بار در سال ۱۸۹۴ از طریق تقطیر در خلأ به‌دست آمد. فرمول صحیح شیمیایی پراکسید هیدروژن نیز در پایان قرن نوزدهم به‌طور قطعی توصیف شد.

پراکسید هیدروژن گازی به‌عنوان یکی از اجزای کلیدی و محصولات واکنش‌های فتوشیمیایی در بخش پایینی جو زمین شناخته می‌شود، چه در جو آلوده و چه در جو پاک. باور بر این است که پراکسید هیدروژن جوی به‌طور انحصاری از طریق واکنش‌های فتوشیمیایی در فاز گازی در تروپوسفر دورافتاده تولید می‌شود.
پراکسید هیدروژن ممکن است از جو از طریق فرآیندهای حذف ناهمگن مانند بارش، فتولیز که منجر به تولید رادیکال‌های هیدروکسیل می‌شود، یا واکنش با همین رادیکال‌ها حذف گردد. این ماده در خاک‌های طبیعی نیمه‌عمری بسیار کوتاه (کمتر از یک ساعت) دارد، و در محیط‌های آبی نیمه‌عمرهایی بین ۱ ساعت تا ۱۰ روز مشاهده شده‌اند.
پراکسید هیدروژن یکی از مهم‌ترین ترکیبات شیمیایی اکسیدکننده است که به دلیل ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد خود، در حوزه‌های کاربرد گسترده‌ای دارد. ویژگی اصلی آن این است که پس از واکنش، تنها آب و اکسیژن تولید می‌کند؛ بنابراین نسبت به بسیاری از مواد شیمیایی دیگر، از نظر زیست‌محیطی ایمن‌تر محسوب می‌شود. در ادامه به کاربردهای هیدروژن میپردازیم.

سفیدکنندگی

بزرگ‌ترین کاربرد منفرد پراکسید هیدروژن در جهان، سفید کردن خمیر چوب است. نگرانی‌های زیست‌محیطی باعث شده صنعت خمیر و کاغذ در اروپا و آمریکای شمالی به استفاده از محلول‌های قلیایی پراکسید هیدروژن به‌عنوان جایگزینی برای کلر، هیپوکلریت و دی‌اکسید کلر در فرآیندهای سفیدکنندگی روی آورد. این کاربردها شامل سفید کردن خمیر مکانیکی، سولفیت، کرافت و حذف جوهر از کاغذ بازیافتی هستند.

سفید کردن خمیر کرافت بزرگ‌ترین کاربرد پراکسید هیدروژن در ایالات متحده و اسکاندیناوی است، جایی که H₂O₂ در مرحله نهایی سفیدکنندگی یا مرحله Eop برای دستیابی به محصولی با روشنایی بالا و پایداری رنگ حداکثری استفاده می‌شود. بیشتر مصرف پراکسید هیدروژن در کانادا مربوط به کارخانه‌های بزرگ خمیر مکانیکی شیمیایی-ترمو (CTMP) است. در سفید کردن خمیر مکانیکی، استفاده از اکسیدکننده‌های قوی مانند کلر یا دی‌اکسید کلر از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه نیست، زیرا خمیر خام دارای مقدار زیادی لیگنین باقی‌مانده است. با استفاده از پراکسید هیدروژن، می‌توان به روشنایی بالا (۷۵–۸۰٪ روشنایی ISO) و بازده مناسب دست یافت، زیرا H₂O₂ به‌طور انتخابی کروموفورها را اکسید می‌کند. در این فرآیند از دوزهایی تا ۵٪ H₂O₂ استفاده می‌شود. خمیرهای سولفیتی نیز به‌راحتی با H₂O₂ به سطوح بالای روشنایی سفید می‌شوند، بدون نیاز به مواد سفیدکننده دیگر. به دلیل مقررات سخت‌گیرانه، این فناوری سال‌هاست که در سراسر اروپا به‌طور کامل اجرا شده است.

نرخ رشد سالانه مصرف پراکسید هیدروژن در این صنعت تا اوایل دهه ۱۹۹۰ حدود ۱۲ تا ۱۶ درصد بوده است. رشد آینده این بازار به اجرای مقررات زیست‌محیطی درباره تخلیه AOX، تقاضا برای خمیر سفید بدون کلر، و مزایای اقتصادی پراکسید هیدروژن نسبت به دی‌اکسید کلر بستگی دارد.
سفید کردن پارچه‌های پنبه‌ای زمانی بزرگ‌ترین کاربرد پراکسید هیدروژن بود، و مقادیر کمتری نیز برای سفید کردن پشم، ابریشم، ترکیبات پنبه-مصنوعی و برخی الیاف گیاهی و حیوانی استفاده می‌شد. سفید کردن پارچه‌های پنبه‌ای و ترکیبی با پراکسید هیدروژن قلیایی پایدار، به‌صورت پیوسته یا بچ انجام می‌شود. مزیت اصلی H₂O₂ در این صنعت آن است که تأثیری بر بسیاری از رنگ‌های مدرن ندارد و باعث آسیب به الیاف نمی‌شود. در فرآیند پرداخت نهایی جین، H₂O₂ به‌عنوان عامل حذف کلر استفاده می‌شود. برآورد شده که ۸۵٪ از کل پارچه‌های پنبه‌ای با پراکسید هیدروژن سفید می‌شوند.

پراکسید هیدروژن همچنین برای سفید کردن سطوح جامد مانند چوب یا لینولیوم، و بهبود رنگ روغن‌ها، سورفکتانت‌ها و واکس‌ها استفاده می‌شود. پراکسید هیدروژن خوراکی به‌عنوان عامل سفیدکننده برای برخی الیاف گیاهی به‌کار می‌رود که در تولید آرد بدون کالری استفاده می‌شوند.

کاربردهای زیست‌محیطی

پراکسید هیدروژن به‌عنوان یک عامل کنترل آلودگی مطلوب از نظر زیست‌محیطی شناخته می‌شود، زیرا محصولات جانبی سمی تولید نمی‌کند و در فرآیند تجزیه تنها آب یا اکسیژن آزاد می‌کند. این ماده به‌طور فزاینده‌ای برای تبدیل پساب‌های خانگی و صنعتی به حالت سازگار با محیط زیست استفاده شده است.

پراکسید هیدروژن برای تصفیه فاضلاب و پساب‌های شهری به‌کار می‌رود و همچنین برای کنترل سولفید هیدروژن حاصل از واکنش‌های بی‌هوازی در خطوط فاضلاب یا نقاط جمع‌آوری، که باعث کاهش یا حذف بوی نامطبوع می‌شود. همچنین به‌عنوان منبع مکمل اکسیژن برای تصفیه‌خانه‌های لجن فعال پیشنهاد شده و گزارش شده که در کنترل دنیتریفیکاسیون در واحدهای ته‌نشینی ثانویه و بهبود شرایط حجیم‌شدن لجن مؤثر است. از H₂O₂ همچنین به‌عنوان کمک‌کننده شناورسازی استفاده شده است.

سیستم‌های صنعتی برای سم‌زدایی مایعات و گازها بر پایه پراکسید هیدروژن توسعه یافته‌اند. H₂O₂ به‌ویژه برای پساب‌های حاوی سیانید آزاد بالا یا آلاینده‌های آلی مناسب گزارش شده است. سیستم‌هایی با ترکیب پراکسید هیدروژن و فرمالدهید، نمک‌های مس، سیلیکات‌ها، یا یون‌های یدید و نقره برای افزایش سرعت و کارایی واکنش‌ها توصیف یا ثبت اختراع شده‌اند.

آلاینده‌های سمی یا بدبو را می‌توان از جریان‌های گازی صنعتی با واکنش با H₂O₂ حذف کرد. روش‌های فاز مایع متعددی برای حذف گازهای NOx، دی‌اکسید گوگرد، ترکیبات گوگرد احیاشده، آمین‌ها و فنول‌ها ثبت شده‌اند. سایر روش‌های تصفیه پساب شامل کاهش نیاز اکسیژن زیستی (BOD) و شیمیایی (COD)، رنگ، بو و غلظت کلر هستند.

برخی آلاینده‌ها تنها با H₂O₂ قابل تخریب نیستند. برای فعال‌سازی H₂O₂ باید از یون Fe²⁺ (معروف به معرف فنتون)، تابش فرابنفش یا ترکیب با ازن برای تشکیل رادیکال‌های هیدروکسیل استفاده شود:

H₂O₂ + Fe²⁺ → OH^• + OH⁻ + Fe^+3
•H₂O₂ → 2OH
^•O₃ + H₂O₂ → 2OH

رادیکال هیدروکسیل یکی از قوی‌ترین اکسیدکننده‌هاست و با انواع ترکیبات آلی از طریق شکافتن اتم‌های هیدروژن یا افزودن به پیوندهای دوگانه C=C واکنش می‌دهد. محصولات نهایی این واکنش‌ها آب و دی‌اکسید کربن هستند.
بررسی منابع علمی نشان می‌دهد که مطالعات پایه‌ای زیادی با معرف فنتون برای اکسیداسیون ترکیبات آلی انجام شده‌اند. نمونه‌هایی از کاربرد آن در اکسیداسیون فنول‌ها، مشتقات بنزن و تخریب رنگ‌های صنعتی منتشر شده‌اند.
فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته با ترکیب H₂O₂ و ازن یا نور UV در مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی برای تصفیه اولیه آب آشامیدنی و حذف ترکیبات آلی در حال بررسی هستند.

کاربردهای شیمیایی

پراکسید هیدروژن یا اسید پراکسی‌کربوکسیلیک حاصل از آن در تولید بسیاری از ترکیبات آلی و معدنی کاربرد دارد. اپوکسیداسیون الکتروفیلی روغن سویا، روغن بزرک و استرهای غیراشباع مشابه با اسید پراکسی‌فرمیک یا پراکسی‌استیک که به‌صورت درجا از محلول آبی پراکسید هیدروژن تولید می‌شوند، برای تهیه نرم‌کننده‌ها و پایدارکننده‌ها استفاده شده است.

هیدروکسیلاسیون کاتالیز‌شده فنول‌ها منجر به تولید کاتکول و هیدروکینون می‌شود. اسید پرکلریک (HClO₄)، اسید فسفریک (H₃PO₄)، نمک‌های آهن یا کبالت، و سیلیکات تیتانیوم می‌توانند به‌عنوان کاتالیزور به‌کار روند.
یکی دیگر از کاربردهای صنعتی بزرگ، سنتز هیدرازین از آمونیاک است که جایگزین فرآیندهای قدیمی راشینگ و بایر شده است.

پراکسید هیدروژن یا مشتقات آن برای تهیه آمین‌اکسیدهای زنجیره بلند جهت استفاده در شوینده‌ها، دی‌اکسید تیواوره برای سفید کردن خمیر بازیافتی بدون جوهر، و به‌عنوان عامل کاهنده و حذف رنگ در پرداخت نهایی منسوجات به‌کار می‌رود.
پراکسید هیدروژن به‌صورت اسید پراکسی‌استیک در سنتز کاپرولاکتون استفاده می‌شود، که ماده اولیه برای پلی‌یورتان‌ها و پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر است.
همچنین H₂O₂ برای تولید ترکیبات دیگری مانند سُل‌های سیلیکات منیزیم برای پوشش‌دهی و شکل‌دهی الیاف، هیدروکسی‌ایمیدازول‌ها برای استفاده به‌عنوان ضدقارچ و علف‌کش، و ۵-هیدروکسی‌هیدانتوئین برای سنتز پنی‌سیلین و سفالوسپورین‌ها به‌کار می‌رود. مسیر جدیدی برای تولید اسید آدیپیک از طریق اکسایش مستقیم سیکلوهگزن با H₂O₂ در حضور کاتالیزور تنگستن در منابع علمی شرح داده شده است.

سایر کاربردهای شیمیایی پراکسید هیدروژن شامل تولید سیانوژن، سیانوژن کلرید، برم، و اسید یدیک است. H₂O₂ به‌طور فزاینده‌ای در واکنش‌های برم‌دار کردن به‌عنوان جایگزین کلر برای بازسازی Br₂ از HBr استفاده می‌شود، مانند تولید ماده ضدآتش تترا‌برموبیس‌فنول A، و برای جلوگیری از تشکیل محصول جانبی متیل‌برومید.
همچنین H₂O₂ در تولید و بازسازی N-متیل‌مورفولین N-اکسید به‌کار می‌رود که به‌عنوان حلال سلولز در تولید الیاف سلولزی استفاده می‌شود.

رشد کاربردهای شیمیایی پراکسید هیدروژن

علاقه‌مندی به استفاده از پراکسید هیدروژن به‌عنوان ماده فعال در تولید سایر مواد شیمیایی حجیم رو به افزایش است. فرآیندهایی برای تهیه کاپرولاکتام با استفاده از H₂O₂ در حضور کاتالیزور تنگستات و همچنین تولید پروپیلن اکسید با استفاده از محلول‌های آلی غیرقابل اختلاط با آب از اسید پراکسی‌کربوکسیلیک توسعه یافته‌اند. با این حال، به دلایل اقتصادی این فرآیندها هنوز در مقیاس صنعتی گسترده به‌کار گرفته نشده‌اند.
کشف سیلیکات تیتانیوم برای فعال‌سازی H₂O₂ یک پیشرفت مهم در توسعه کاتالیزورهای ناهمگن برای سنتز کاپرولاکتام و پروپیلن اکسید با H₂O₂ بوده است. کاهش ضایعات و محصولات جانبی از مزایای اصلی این فرآیندهای کاتالیز‌شده با سیلیکات تیتانیوم است؛ به‌عنوان مثال، در آمواکسیم‌سازی مستقیم سیکلوهگزانون با H₂O₂ و سیلیکات تیتانیوم، می‌توان از تولید ۱.۸ تا ۴.۴ کیلوگرم سولفات آمونیوم جلوگیری کرد.
پروپیلن اکسید را می‌توان با بازده بالا و گزینش‌پذیری مناسب از پروپن و H₂O₂/سیلیکات تیتانیوم در شرایط ملایم و با استفاده از متانول به‌عنوان حلال تولید کرد. همچنین از کاتالیزورهای سیلیکات تیتانیوم برای سنتز هیدرازین، هیدروکسی‌آمین‌ها و هیدروکسیلاسیون فنول استفاده شده است.
اپوکسیداسیون اولفین‌های محلول در آب با پراکسید هیدروژن و کاتالیزورهای فلزی در منابع علمی توصیف شده است.

تولید مشتقات

پراکسید هیدروژن یک ماده واکنش‌گر مهم در تولید پراکسیدهای آلی است، از جمله:
ترشیو-بوتیل‌هیدروپراکسید، بنزوئیل‌پراکسید، دی-ترشیو-بوتیل‌پراکسی‌سیکلوهگزان‌ها، اسید پراکسی‌استیک، استرهایی مانند ترشیو-بوتیل پراکسی‌استات، و مشتقات کتونی مانند متیل‌اتیل‌کتون پراکسید. این ترکیبات به‌عنوان کاتالیزورهای پلیمریزاسیون، عوامل اتصال عرضی (Crosslinking)، و مواد اکسیدکننده استفاده می‌شوند. اسید پراکسی‌استیک تعادلی به‌طور فزاینده‌ای به‌عنوان ضدعفونی‌کننده، لجن‌کش و استریل‌کننده کاربرد پیدا کرده است.
پراکسیدهای روی، کلسیم و منیزیم که از پراکسید هیدروژن تهیه می‌شوند، به‌عنوان اکسیدکننده‌های تخصصی در مواردی که آزادسازی آهسته پراکسید هیدروژن مطلوب است، استفاده می‌شوند. کلسیم پراکسید به‌عنوان منبع پراکسید در محصولات خمیردندان و به‌عنوان بهبود‌دهنده خمیر در صنعت نانوایی کاربرد دارد.
پراکسید هیدروژن، به‌ویژه در اروپا که دمای شست‌وشو بالاتر و چرخه‌های شست‌وشوی طولانی‌تر رایج است، برای تولید سدیم پراکسوبورات جهت استفاده خانگی و سفیدکننده‌های شوینده به‌کار می‌رود. سدیم کربنات پراکسوهیدرات نیز در کاربردهای مشابه استفاده می‌شود. اوره پراکسید در محصولات آرایشی و دارویی کاربرد دارد. پتاسیم پراکسومونوسولفات برای استفاده در پاک‌کننده‌های دندان مصنوعی، شوینده‌های ظرف‌شویی خودکار، پاک‌کننده‌های سطوح سخت و مواد شیمیایی استخرهای شنا تولید می‌شود.

معدن‌کاری و هیدرومتالورژی

بزرگ‌ترین کاربرد پراکسید هیدروژن در صنعت معدن، تصفیه پساب‌های حاوی سیانید حاصل از فرآیند لیچینگ سنگ‌های طلا و نقره است. همچنین از H₂O₂ برای بهبود فرآیند سیانیداسیون سنگ‌های طلا و نقره استفاده می‌شود.
پراکسید هیدروژن در ترکیب با کربنات‌ها یا بی‌کربنات‌های مختلف به‌عنوان اکسیدکننده در استخراج محلولی درجا (in-place solution mining) سنگ‌های اورانیوم با عیار پایین به‌کار می‌رود. همچنین برای رسوب‌دهی اورانیوم از محلول‌های تبادل یونی و استخراج حلال استفاده می‌شود و به‌عنوان عامل شکستن (fracturing agent) در استخراج درجا سنگ‌های مس با عیار پایین و باقیمانده‌ها پیشنهاد شده است.
روش‌هایی برای لیچینگ مس، منگنز و روی از سنگ آسیاب‌شده با استفاده از پراکسید هیدروژن و همچنین بازیابی روتنیم و اورانیوم ثبت اختراع شده‌اند.
مقادیر کمی از H₂O₂ برای شفاف‌سازی اسید سولفوریک جانبی، تصفیه سلنیوم، جداسازی کبالت و نیکل، و به‌عنوان عامل بازدارنده و تنظیم‌کننده واکنش‌های اکسایش-کاهش در شناورسازی سنگ‌های مس و مولیبدن استفاده می‌شود.

پیشران (Propellant)

تجزیه کاتالیزوری پراکسید هیدروژن با غلظت ۷۰٪ یا بیشتر، به‌سرعت انجام می‌شود و با آزادسازی گرمای کافی، محصولات حاصل از واکنش شامل اکسیژن و بخار آب هستند. نیروی رانشی حاصل از این واکنش می‌تواند برای به حرکت درآوردن اژدرها و سایر موشک‌های کوچک مورد استفاده قرار گیرد.
اگر پراکسید هیدروژن یا محصولات تجزیه آن به‌عنوان اکسیدکننده در ترکیب با انواع سوخت‌ها استفاده شود، انرژی بسیار بیشتری تولید خواهد شد.
برخی منابع علمی استفاده از پراکسید هیدروژن با غلظت بالا را به‌عنوان تک‌پیشران یا دوپیشران برای پرتاب موشک‌های کوچک پیشنهاد کرده‌اند، اما تاکنون هیچ کاربرد عملی گزارش نشده است.

سایر کاربردها

پراکسید هیدروژن دارای کاربردهای تخصصی کوچک و متنوعی است. از جمله این کاربردها می‌توان به اکسید کردن یون‌های فلزی به حالت ظرفیت بالاتر برای تسهیل حذف آن‌ها، پرداخت شیمیایی سطوح فلزی، و سایر عملیات سطحی فلزات اشاره کرد. با تجزیه کاتالیزوری پراکسید هیدروژن، اکسیژن حاصل می‌تواند به‌عنوان عامل دمنده در محل برای تولید برخی لاستیک‌های فومی و پلاستیک‌ها استفاده شود.
مقادیر اندکی از H₂O₂ برای آماده‌سازی بسته‌بندی‌های استریل مواد غذایی، سفید کردن شکمبه (در صنایع غذایی) و به‌عنوان افزودنی مستقیم در مواد غذایی انسانی استفاده می‌شود. در ایالات متحده، سطح باقی‌مانده پراکسید هیدروژن در غذا بلافاصله پس از بسته‌بندی استریل نباید از ۰.۵ قسمت در میلیون (ppm) بیشتر باشد.
پراکسید هیدروژن در طیف وسیعی از محصولات مصرفی یافت می‌شود. به‌عنوان ضدعفونی‌کننده موضعی و ضدقارچ برای استریل کردن لنزهای تماسی استفاده می‌شود. مقادیر کمی نیز در محصولات آرایشی مانند رنگ مو و فرمول‌های سفیدکننده به‌کار می‌رود. H₂O₂ ماده فعال در سفیدکننده‌های خانگی ایمن برای رنگ، پاک‌کننده‌های فرش و سطوح سخت است. H₂O₂ و سایر ترکیبات پراکسوی معدنی به‌عنوان منبع پراکسید در محصولات خمیردندان استفاده می‌شوند. محلول‌های موضعی ۳٪ H₂O₂ در آمریکای شمالی به‌عنوان داروی بدون نسخه برای ضدعفونی عرضه می‌شوند.

تجزیه و خطرات ناشی از آن

پراکسید هیدروژن در فرآیند تجزیه، گرما و اکسیژن تولید می‌کند. این تجزیه توسط ناخالصی‌های کاتالیزوری تسریع می‌شود و نرخ آن با هر افزایش ۱۰ درجه کلوین در دمای بین ۲۰ تا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد، حدود ۲.۲ تا ۲.۳ برابر بیشتر می‌شود. پایدارکننده‌ها تأثیر اندکی بر این ویژگی دارند. اگر سیستم بسته باشد و تجزیه آغاز شود، دما افزایش می‌یابد و حجم اکسیژن آزادشده فشار را بالا می‌برد، به‌طوری‌که نرخ تجزیه به‌صورت خود‌تسریع‌شونده عمل می‌کند. فشارهایی تا چند هزار کیلوپاسکال قابل دستیابی هستند و ممکن است منجر به ترکیدن مخازن، شیرها، لوله‌کشی‌ها و سایر اجزا شود.

خطر ناشی از تجزیه با افزایش غلظت بیشتر می‌شود، زیرا تولید گاز نسبی افزایش می‌یابد. محلول‌های آبی با بیش از ۶۵ درصد وزنی می‌توانند به‌طور کامل بخار شوند، زیرا گرمای حاصل از تجزیه را به‌صورت آدیاباتیک جذب می‌کنند و دمای سیستم را به‌طور قابل توجهی بالا می‌برند. برای مثال، در شرایط ایده‌آل آدیاباتیک، یک متر مکعب از محلول ۷۰٪ H₂O₂ می‌تواند ۲۵۴۵ متر مکعب گاز تولید کند و دمایی تا ۲۳۳ درجه سانتی‌گراد برسد، در حالی‌که یک متر مکعب از محلول ۵۰٪ تنها ۱۲۸۰ متر مکعب گاز تولید می‌کند و دمای آن به حدود ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد.

شایع‌ترین موارد انفجار ناشی از ترکیدگی، مربوط به واکنش پراکسید هیدروژن با بازهای قوی است. پراکسید هیدروژن در pH بالا پایداری کمتری دارد؛ بنابراین ورود ناخواسته مواد قلیایی به مخزن پراکسید هیدروژن می‌تواند منجر به تجزیه خارج از کنترل و تخریب مخزن شود.

پراکسید هیدروژن با غلظت‌های ۳۵٪، ۵۰٪ و بالاتر ممکن است باعث احتراق خودبه‌خودی علف‌های خشک، چوب و برگ‌ها شود. در صورت نشت پراکسید هیدروژن غلیظ، باید فوراً با مقدار زیادی آب رقیق شود. تقریباً هر ماده جامد قابل اشتعال، دارای مقدار کافی ناخالصی‌های کاتالیزوری است که می‌تواند پراکسید هیدروژن را به‌سرعت تجزیه کند، به‌ویژه در غلظت‌های ۷۰٪ و بالاتر.

مکانیسم سمیت پراکسید هیدروژن

پراکسید هیدروژن یک عامل اکسیدکننده قوی و یکی از گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) است که با ساختارهای دارای الکترون‌های جفت‌نشده شناخته می‌شود. این ویژگی باعث واکنش‌پذیری بالای پراکسید هیدروژن شده و توانایی آسیب‌رسانی به ماکرومولکول‌های سلولی مانند پروتئین‌ها، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک را به آن می‌دهد.
به‌عنوان مثال، پراکسیداسیون لیپیدها فرآیندی است که در آن رادیکال‌های اکسیژن با اسیدهای چرب غیراشباع موجود در فسفولیپیدهای غشای سلولی واکنش داده و رادیکال پراکسی تولید می‌کنند؛ این رادیکال می‌تواند با سایر اسیدهای چرب یا پروتئین‌ها واکنش دهد.
در سطح سلولی، یون‌های فلزات واسطه که به DNA متصل هستند ممکن است با پراکسید هیدروژن واکنش دهند و گونه‌های رادیکالی واکنش‌پذیر (احتمالاً رادیکال هیدروکسیل OH•) تولید کنند. این رادیکال‌ها که در نزدیکی DNA قرار دارند با آن واکنش داده و محصولات پورین و پیریمیدین ایجاد می‌کنند که در نهایت منجر به آسیب به DNA می‌شود.
پراکسید هیدروژن باعث پراکسیداسیون لیپیدها شده و ممکن است در افراد حساس، مانند کسانی که دچار کمبود ژنتیکی در فعالیت آنزیم‌های کاتالاز یا گلوکز-۶-فسفات دهیدروژناز هستند، منجر به همولیز شود. گونه‌های فعال اکسیژن آزادشده مسئول اثرات سیتوتوکسیک و ژنوتوکسیک هستند؛ البته این اثرات زمانی بروز می‌کنند که ظرفیت سم‌زدایی بدن اشباع شده باشد.
محلول‌های ۳٪ پراکسید هیدروژن که برای پاک‌سازی زخم‌ها یا سطوح مخاطی استفاده می‌شوند، با آنزیم کاتالاز موجود در این سطوح واکنش داده و اکسیژن آزاد می‌کنند. این عمل کف‌زا به‌صورت مکانیکی به حذف بقایای سلولی و چرک از زخم کمک می‌کند و برای پاک‌سازی و رفع بوی نامطبوع بافت‌های عفونی مفید است؛ با این حال، وجود مواد آلی واکنش‌پذیر مانند چرک و خون، کارایی پراکسید هیدروژن را کاهش می‌دهد.
اثر ضد میکروبی پراکسید هیدروژن کوتاه‌مدت است و به دلیل عدم نفوذ به بافت، این اثر محدود به لایه سطحی ناحیه اعمال‌شده باقی می‌ماند.

برخی اقدامات کنترلی و احتیاطی عمومی برای کار با پراکسید هیدروژن عبارت‌اند از:

• استفاده از تهویه مناسب برای حفظ غلظت بخارات در هوا زیر حد مجاز شغلی (۸ ساعت میانگین وزنی: ۱ ppm یا ۱٫۴ میلی‌گرم بر متر مکعب)
• استفاده از عینک‌های ضدپاشش شیمیایی به‌همراه محافظ صورت کامل در صورت احتمال پاشش
• استفاده از ماسک تنفسی تأییدشده توسط NIOSH/MSHA در صورت احتمال تجاوز غلظت هوا از حد مجاز
• استفاده از دستکش‌های نئوپرن یا سایر دستکش‌های نفوذناپذیر و سازگار با ماده

حد مجاز تماس کوتاه‌مدت نباید از ۳ میلی‌گرم بر متر مکعب برای مدت ۱۵ دقیقه تجاوز کند. سایر اقلام پوششی مانند پیش‌بند، شلوار، ژاکت، کلاه، چکمه و لباس‌های کاملاً پوشاننده شیمیایی با تأمین هوای قابل تنفس باید در صورت نیاز در دسترس باشند.
استفاده از دستکش و کفش چرمی (چه رویه و چه کف) ممنوع است، زیرا این مواد می‌توانند در عرض ۳ دقیقه پس از تماس با پراکسید هیدروژن ۵۰٪ مشتعل شوند. همچنین باید از استفاده از اقلام پنبه‌ای نیز به همین دلیل خودداری کرد.

اثرات سلامت و فیزیولوژیکی

پراکسید هیدروژن برای پوست، چشم‌ها و غشاهای مخاطی تحریک‌کننده است. با این حال، غلظت‌های پایین (۳ تا ۶ درصد) آن در کاربردهای دارویی و آرایشی استفاده می‌شود. تماس محلول‌های H₂O₂ با غلظت بیش از ۱۰ درصد با چشم می‌تواند آسیب غیرقابل برگشت به قرنیه وارد کند. محلول‌هایی با غلظت کمتر از ۶ درصد طبق طبقه‌بندی EEC غیرتحریک‌کننده محسوب می‌شوند. در مورد محلول‌های با غلظت بالا، باید اقدامات احتیاطی برای جلوگیری از استنشاق بخارات، بلع یا پاشیدن به چشم‌ها انجام شود. در صورت تماس تصادفی با پراکسید هیدروژن، ناحیه آسیب‌دیده باید فوراً با مقدار زیادی آب شسته شود.

سمیت حاد H₂O₂ در حد متوسط است. مطالعات انجام شده نشان میدهد که مقدار LD₅₀ برای موش‌ها بین ۸۰۰ تا ۵۰۰۰ میلی‌گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن است که به غلظت محلول بستگی دارد. بلع آن می‌تواند باعث تحریک دستگاه گوارش همراه با درد، خونریزی و تورم معده و مری شود که ناشی از آزاد شدن اکسیژن است. مصرف بیش از حد شدید ممکن است کشنده باشد. استنشاق بخارات غلیظ می‌تواند باعث تحریک بینی و گلو، ناراحتی قفسه سینه، سرفه، دشواری در تنفس و تنگی نفس شود. هیچ‌یک از اجزای موجود در محلول‌های صنعتی پراکسید هیدروژن به عنوان ماده سرطان‌زا فهرست نشده‌اند.

نگهداری و حمل‌ونقل

پراکسید هیدروژن تا غلظت ۶۰٪ را می‌توان در مخازن پلی‌اتیلن (PE) نیز نگهداری کرد. سایر مواد سازگار شامل پلی‌(وینیلیدن فلوراید) (PVDF)، تفلون، پلی‌(وینیل کلرید) (PVC)، و شیشه هستند.
محلول‌های تجاری پراکسید هیدروژن به‌صورت عمده با واگن‌های قطار (۲۰ تا ۵۰ تن)، کامیون‌ها (۲۰ تن) و کانتینرهای ISO (۲۰ تن) عرضه می‌شوند. همچنین ظروف پلی‌اتیلنی (PE) با ظرفیت‌های ۵، ۳۰، ۶۰ و ۲۲۰ لیتر و مخازن IBC با حجم ۱ متر مکعب نیز در دسترس هستند.
حمل‌ونقل و نگهداری محلول‌های H₂O₂ تحت نظارت مقررات سازمان ملل/وزارت حمل‌ونقل ایالات متحده (UN/DOT) و همچنین دستورالعمل ۶۷/۵۴۸ جامعه اقتصادی اروپا (EEC) در اروپا و مقررات اداره مواد منفجره در آمریکای شمالی انجام می‌شود.
تا غلظت ۸٪، محلول‌های H₂O₂ مشمول مقررات DOT نیستند. محلول‌هایی با غلظت بیش از ۸٪ به‌عنوان اکسیدکننده کلاس 5.1 طبقه‌بندی می‌شوند. حمل هوایی محلول‌های H₂O₂ با غلظت بیش از ۴۰٪ ممنوع است. در ایالات متحده، حمل H₂O₂ در بشکه‌های پلی‌اتیلنی فقط تا غلظت ۵۲٪ مجاز است.
در اروپا، محلول‌های H₂O₂ با غلظت کمتر از ۲۰٪ طبق دستورالعمل EEC 67/548 به‌عنوان مواد خطرناک در نظر گرفته نمی‌شوند. محلول‌های با غلظت ۸ تا ۱۹٪ به‌عنوان مواد تحریک‌کننده، محلول‌های ۲۰ تا ۶۰٪ به‌عنوان خورنده (Corrosive)، و محلول‌های بالای ۶۰٪ به‌عنوان خورنده و اکسیدکننده (Corrosive, oxidizer) طبقه‌بندی می‌شوند.
طبق مقررات اداره مواد منفجره ایالات متحده، تمام محلول‌های H₂O₂ با غلظت بالاتر از ۲۰٪ به‌عنوان مواد اکسیدکننده و خورنده طبقه‌بندی می‌شوند.

نتیجه‌گیری

پراکسید هیدروژن ماده‌ای ساده اما بسیار کارآمد است که از سفیدکنندگی کاغذ و پارچه تا تصفیه پساب‌ها، سنتز مواد شیمیایی پیشرفته، کاربردهای دارویی و حتی صنایع فضایی نقش دارد. در عین حال، به دلیل واکنش‌پذیری بالا و خطرات ناشی از تجزیه، نیازمند مدیریت دقیق و ایمن است. این ترکیب نمونه‌ای روشن از آن است که چگونه یک مولکول کوچک می‌تواند تأثیرات بزرگ و چندوجهی در علم، صنعت و زندگی روزمره داشته باشد.