ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) การผลิต การใช้ประโยชน์ และพิษต่อร่างกาย

9653

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (Hydrogen peroxide:H2O2) จัดเป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่เป็นกรดแก่ และจัดเป็นสารออกซิไดซ์ที่มีประสิทธิภาพสูง ถูกใช้ประโยชน์อย่างมากในอุตสาหกรรมต่างๆ อาทิ อุตสาหกรรมฟอกย้อม อุตสาหกรรมอาหาร และอื่นๆ รวมถึงใช้ในทางการแพทย์ และระบบบำบัดน้ำเสีย

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) ถูกค้นพบครั้งแรกในปี ค.ศ. 1818 โดย Thenard และถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงของจรวด และตอปิโดในสมัยสงคราโลกครั้งที่ 2 ซึ่งพบได้ทั้งในมนุษย์ สัตว์ พืช จุลินทรีย์ รา ในน้ำ ดิน และอากาศ แต่สามารถสลายตัวได้เร็วหากได้รับความร้อนจนอุณหภูมิสูงขึ้นมากกว่า 80 องศาเซลเซียส

คุณสมบัติเฉพาะ เพิ่มเติมจาก [1]
• CAS Number : 7722-84-1
• UN Number : 2014
• ชื่อทางการค้า (Trade Name) : ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (Hydrogen peroxide)
• ชื่อทางเคมี (Chemical Name) : Hydrogen peroxide
• ชื่ออื่นๆ (Synonyms) :
– Hydroperoxide
– Oxydol
– Perhydrol
– Peroxide
– Hydrogen Superoxol
• สูตรทางเคมี (Chemical Formula) : H2O2
• น้ำหนักโมเลกุล (Molecular Weight) : 34.015
• ลักษณะทางกายภาพ (physical properties) : ของเหลวใส ไม่มีสี มีรสขม
• จุดเดือด (Boiling point) : 150.2 องศาเซลเซียส
• จุดหลอมเหลว (Melting point) : -0.43 องศาเซลเซียส
• จุดวาบไฟ (Flash point) : ไม่ติดไฟ
• ความดันไอ (Vapor pressure) : 1.97 มิลลิเมตรปรอท (25 องศาเซลเซียส)
• ความหนาแน่นไอ (Vapor Density) : 1.02
• ความหนาแน่น (Density) : 1.44 กรัม/ลบ.ซม. (ที่ 25องศาเซลเซียส)
• การละลาย (Solubility) : ละลายในน้ำได้ดีที่ 1X10+6 mg/L ( 25 °C ) และสารทำละลลายอื่นๆ ได้แก่ ปิโตรเลียมอีเทอร์ และแอลกอฮอล์
• ความเป็นกรด (pH) : 1-3
• สารที่ต้องหลีกเลี่ยง (Materials to Avoid) : โลหะ และสารออกซิไดซ์ทุกชนิด

การผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์[1]
การผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่จำหน่ายในปัจจุบัน ไม่นิยมผลิตออกมาในรูปของของเหลวบริสุทธิ์ เนื่องจาก มักสลายตัวเร็ว และเกิดก๊าซไวไฟของไฮโดรเจนจึงนิยมผลิตออกมาในรูปของสารละลาย 3-90% เพราะมีความเป็นอันตรายน้อย และไม่สลายตัวง่าย

กระบวนการผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เรียกว่า AO หรือ Antraquinone ประกอบด้วยขั้นตอนต่างๆ ดังนี้
1. 2-alkyl-9,10-anthraquinones ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน (H2) ในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาได้ผลิตภัณฑ์เป็นไดไฮโดรควิโนน ดังสมการ
2-alkyl-9,10-anthraquinones + H2 = Dihydroanthraquinone

2. ไฮโดรควิโนนจะถูกออกซิไดซ์ด้วยออกซิเจนได้ผลิตภัณฑ์เป็น anthraquinone และกรดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) พร้อมกัน ดังสมการ

Dihydroanthraquinone + O2 → anthraquinone + H2O2

ปฏิกิริยาไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์
1. เมื่อสัมผัสกับแสง และความร้อนจะเกิดการสลายตัว แต่เป็นสารที่สลายตัวได้ช้า แต่หากสัมผัสกับโลหะจะสลายตัวได้เร็ว เมื่อสลายตัวจะให้น้ำ (H2O) และออกซิเจน (O2)
2H2O2 (aq) = 2H2O(l) + O2 (g)

2. ปฏิกิริยาออกซิเดชันกับโลหะหรือสารต่างๆ
2.1 ไซยาไนด์
ปฏิกิริยาไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ออกซิเดชันกับไซยาไนด์ ได้เป็นไซยาเนต ดังสมการ
CN- + H2O2 = CNO- + H2O

ปฏิกิริยาออกซิเดชันจะเกิดขึ้นที่ pH ในช่วง 10-11 ซึ่งระหว่างการเกิดปฏิกิริยาจะไม่ทำให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนไซยาไนด์ที่เป็นพิษ และความเข้มข้นของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เหมาะสมจะอยู่ในช่วง 3-6 โมล/ไซยาไนด์ 1 โมล โดยใช้ทองแดงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา [4]

ประโยชน์ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ [2]
1. กระบวนการผลิตในภาคอุตสาหกรรม ได้แก่
–ใช้ในกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้แก่ อุตสาหกรรมฟอกย้อม ฟอกสี อุตสาหกรรมผลิตหนังเทียม อุตสาหกรรมอาหาร และอุตสาหกรรมผลิตกระดาษ เป็นต้น
– ใช้เป็นสารออกซิไดส์ซิงเอเจนต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเป็นที่นิยม เนื่องจากเป็นสารที่ไม่มีพิษ และราคาถูก เมื่อเทียบกับสารออกซิไดส์ซิงเอเจนต์อื่นๆ ในด้านสารเสพติดมีการใช้เป็นสารออกซิไดส์ในการผลิตโคเคน
– ในอุตสาหกรรมอาหารจะใช้ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นสารฟอกสีอาหาร และมีการใช้เป็นสารฆ่าเชื้อหรือทำความสะอาดภาชนะ อุปกรณ์ และเครื่องจักรที่ใช้ในการผลิตอาหาร
– ใช้เป็นส่วนผสมของผลิตภัณฑ์หลายชนิด ได้แก่ ส่วนผสมในน้ำยาย้อมผม (ใช้ผสมได้สูงสุดไม่เกิน 12%) น้ำยาล้างเล็บ (ใช้ผสมได้สูงสุดไม่เกิน 2%) และน้ำยาบ้วนปาก (ใช้ผสมได้สูงสุดไม่เกิน 0.1%) เป็นต้น
– ในอุตสาหกรรมอาวกาศมีการใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น 90% เป็นส่วนผสมของเชื้อเพลิงขับเคลื่อนจรวด (rocket propulsion)
2. ทางการแพทย์
– ใช้เป็นน้ำยาฆ่าเชื้อโรค หรือ ในครัวเรือนจะใช้เป็นน้ำยาล้างแผลที่เป็นสารละลายความเข้มข้น 3% หรือ 6% สามารถหาซื้อในร้านขายยาทั่วไป
– ใช้เป็นส่วนผสมของสารฟอกสีฟันในงานด้านทันตกรรม โดยใช้ได้สูงสุดที่ความเข้มข้น 6%
– ในทางทันตกรรม ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นถูกใช้เป็นสารปรับสภาพพื้นผิวเดือยฟันเสริมเส้นใยแก้ว


3. การเกษตร
– ใช้เป็นสารล้างทำความสะอาดผลผลิต เพื่อฆ่าเชื้อก่อนบรรจุหรือจัดเก็บ
– ใช้เติมลงในน้ำนมดิบ เพื่อป้องกันไม่ให้นมเน่าเสียในระหว่างการพักเก็บหรือการขนส่ง
4. ครัวเรือน
– ใช้เป็นน้ำยาฆ่าเชื้อ หรือ น้ำยาล้างแผล
– ใช้เป็นน้ำยาฆ่าเชื้อหรือทำความสะอาดภาชนะต่างๆ
– ใช้เป็นสารปรับปรุงคุณภาพน้ำในบ่อเลี้ยงกุ้ง เลี้ยงปลาหรือการประมงทุกชนิด เพื่อจัดกำจัดสารอินทรีย์ และลดกลิ่นเหม็น อีกทั้งไม่เกิดสารพิษตกค้าง และไม่เป็นอันตรายต่อสัตว์นน้ำ
5. ระบบบำบัดน้ำเสีย
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ นิยมนำมาใช้ในระบบบำบัดน้ำเสีย ทั้งช่วยปรับค่าความเป็นกรด ช่วยในการออกซิไดซ์สารอินทรีย์ ช่วยในการป้องกันกลิ่นของซัลไฟต์ และช่วยในการตกตะกอนโลหะหนัก เป็นต้น

การใช้ประโยชน์ในระบบบำบัดน้ำเสียหรือการปรับปรุงคุณภาพน้ำ ได้แก่
1. ใช้กำจัดสารพิษในน้ำ เช่น ไซยาไนด์ โดยกระบวนการออกซิไดซ์ไซยาไนด์ไปเป็นไซยาเนต
2. ใช้กำจัดโลหะหนักที่เป็นพิษหรือไม่เป็นพิษในน้ำ เช่น ตะกั่ว (Pb) โดยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะทำปฏิกิริยากับตะกั่วให้อยู่ในรูปตะกั่วออกไซด์ (PbO) ตกตะกอนในน้ำ แล้วกำจัดทิ้งในกระบวนการต่อไปในถังพัก
3. ใช้กำจัดฟอร์มัลดีไฮด์ในก๊าซที่ปล่อยออกจากปล่องควันหรือปล่องไอเสียของโรงงาน
4. ใช้ป้องกัน และกำจัดกลิ่นเหม็นที่เกิดจากสารซัลเฟอร์ โดยใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้าทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์เปลี่ยนรูปเป็นซัลไฟด์ ไทโออีเธอร์ไดซัลไซด์ ซัลเฟต และไทโอซัลเฟต
5. กำจัดก๊าซซัลเฟอร์ และไนโตรเจนออกไซด์ ที่ถูกปล่อยจากปล่องปล่อยมลพิษ โดยเฉพาะปล่องมลพิษในกระบวนการผลิตถ่านหิน ซึ่งสารที่ได้จาการกำจัดจะนำเข้าสู่กระบวนการผลิตกรดซัลฟูริกต่อไป หรือหรือกำจัดทิ้งในรูปสารละลายกรด
6. ใช้กำจัดคลอไรท์ และสารไฮโปคลอไรท์ในกระบวนการผลิตน้ำดี หรือในน้ำเสีย หรือปล่องอากาศเสีย โดยใช้กระบวนการรีดักชันให้เป็นเกลือคลอไรด์

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เป็นออกซิแดนท์ที่ใช้ประโยชน์ในหลายด้าน ทั้งใช้ประโยชน์ในรูปของสารโดยตรง หรือ ใช้ร่วมกับสารอื่นที่ทำหน้าเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โดยส่วนมากนิยมใช้ร่วมกับเฟอรัสซัลเฟต (ferrous sulphate) และเหล็ก หรือธาตุอื่นๆ (เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาให้แก่ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์) ซึ่งเรียกว่า กระบวนการเฟนตัน ข้อดีโดยทั่วไปของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ได้แก่
1. เป็นสารออกซิแดนท์ที่มีประสิทธิภาพสูงเมื่อเปรียบเทียบกับสารบางชนิด
2. สามารถละลายในน้ำได้ดี แต่มีการสลายตัวได้ช้า
3. การสลายตัวไม่ก่อให้เกิดสารเป็นพิษ
4. การใช้ในกระบวนการผลิตต่างๆจะไม่ก่อให้เกิดสารที่เป็นพิษเจือปนในผลิตภัณฑ์
5. จัดเก็บได้ง่าย แต่ต้องจัดเก็บให้ห่างจากแสงหรือแหล่งความร้อน

นอกจากนี้ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ยังสามารถใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมเกี่ยวกับการทำความสะอาด ตกแต่ง กัดกร่อนพื้นผิวโลหะ ตัวอย่างเช่น โดยปกติในการทำความสะอาดผิวของอะลูมิเนียม มักจะใช้กรดซัลโฟโครมิก แต่กรดนี้มีองค์ประกอบที่เป็นพิษของเฮกซะวาเลนท์โครเมียม การใช้สารทำความสะอาดที่มีองค์ประกอบของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ จึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งซึ่งทำให้ไม่เกิดสารพิษในน้ำทิ้ง และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ยังใช้ประโยชน์ในการออกซิไดซ์ทองแดงหรือคอปเปอร์ คอปเปอร์ซัลเฟต สำหรับทำความสะอาดทองแดงหรือทองแดงอัลลอยด์

ปฏิกิริยาของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์กับซัลไฟด์ ดังสมการ
ในสภาวะเป็นกรด-กลาง : H2S + H2O2 = 2H2O + S
ในสภาวะเป็นด่าง : H2S + H2O2 = H2O + sulfate

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์กับอนุมูลอิสระ [3]
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ สามารถพบในร่างกายมนุษย์ได้เช่นกัน โดยเป็นผลผลิตจากกระบวนการหายใจของเซลล์แบบใช้ออกซิเจนภายในไมโตคอนเดรีย

เมื่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เกิดขึ้นในร่างกาย ร่างกายจะมีกลไกการควบคุมไม่ให้สารนี้เป็นอันตรายต่อเซลล์ โดยใช้เอนไซม์ 3 ชนิด ได้แก่
– คะตะเลส (catalase; CAT) ทำหน้าเป็นสารเร่งปฏิกิริยาการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในร่างกายให้เป็นน้ำ และออกซิเจน เพื่อป้องกันไม่ให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ถูกเปลี่ยนไปเป็นอนุมูลอิสระไฮดรอกซิล

เมื่อเราทาแผลสดด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ หรือ ยาล้างแผล จะสังเกตุมีฟองก๊าซเกิดขึ้น และมีกลิ่นฉุน เนื่องจากไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้าทำปฏิกิริยาออกซิไดซ์กับเอนไซม์คะตะเลส (Catalase enzyme) ทำให้เกิดฟองของก๊าซออกซิเจน (O2) ขึ้น

– กลูตาไธโอนเปอร์ออกซิเดส (glutathione peroxidase; GSH-Px) ทำหน้าที่ในการสลายไฮโดรเจนเปอร์ ออกไซด์ในร่างกายให้เป็นน้ำ เพื่อป้องกันไม่ให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ถูกเปลี่ยนไปเป็นอนุมูลอิสระไฮดรอกซิล
– ซุปเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทส (superoxide dismutase; SOD) ทำหน้าที่เป็นสารเร่งปฏิกิริยาในการสลายอนุมูลของซุปเปอร์ออกไซด์ (O2) ที่เป็นอนุมูลอิสระชนิดสำคัญในร่างกายให้เป็นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และออกซิเจน

ดังที่กล่าวมาก หากเอนไซม์ทั้ง 3 ชนิด เกิดมีปริมาณน้อยเกินไปหรือเกิดภาวะไม่สมดุลภายในร่างกายก็จะเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดอนุมูลอิสระของหมู่ไฮดรอกซิล (•OH) และซุปเปอร์ออกไซด์ (O2) ในร่างกาย และเกิดความเสียหายต่อเซลล์ อาทิ เซลล์ในร่างกายเสื่อม เกิดความชราเร็ว อวัยวะทำงานผิดปกติ และระบบประสาทถูกทำลาย เป็นต้น

ทั้งนี้ พบรายงานการศึกษาผลของแร่ธาตุบางชนิดจะมีผลต่อการเกิดอนุมูลอิสระในร่างกายที่เพิ่มขึ้นได้ถึงแม้จะมีเอนไซม์ทั้ง 3 ชนิด ก็ตาม แร่ธาตุดังกล่าว คือ เหล็ก (Fe2+)

ร่างกายจะได้รับธาตุเหล็กจากอาหารหรือน้ำดื่ม หากร่างกายได้รับธาตุเหล็กมากเกินควร ธาตุเหล็กจะเข้าทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ทำให้เกิดอนุมูลไฮดรอกซิล (•OH) ด้วยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น เรียกว่า ปฏิกิริยาเฟนตอน (Fenton’s reaction) และเกิดอนุมูลอิสระของซุปเปอร์ออกไซด์ (O2) ด้วยปฏิกิริยาที่ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ทำปฏิกิริยากับเหล็กที่เรียกว่า ปฏิกิริยาฮาเบอร์-ไวส์ (Haber-Weiss reaction)

กรณีเกิดปฏิกิริยาที่มีเหล็ก (Fe) ในร่างกาย (ตัวเร่งปฏิกิริยา) จะเกิดอนุมูลอิสระของหมู่ไฮดรอกซิล (hydroxyl radical : (•OH) ) ดังสมการ
Fe2+ + H2O2 = Fe3+ + OH + •OH
Fe3+ + H2O2 = Fe2+ + HO2• + H+

หมู่ไฮดรอกซิล (hydroxyl radical : (•OH) ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาข้างต้นจะทำปฏิกิริยากับเซลล์ในร่างกาย ดังสมการ
•OH + RH = R• + H2O
R• + O2 = ROO•
ROO• + RH = ROOH + R•

พิษไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์
1. การดื่มกินเข้าสู่ร่างกาย
การระคายเคืองอย่างรุนแรงในระบบทางเดินอาหาร เริ่มจากเยื่อบุภายในปาก หลอดอาหาร กระเพาะอาหาร จนไปถึงลำไส้
2. การสูดดม
เกิดอาการระคายเคืองในระบบทางเดินหายใจ มีอาการแสบร้อนที่หลอดอาหาร ลำคอ และแน่นหน้าอก

3. การสัมผัส
– เกิดอาการระคายเคืองต่อตา เนื้อเยื่อภายในดวงตาอักเสบ และอาจทำให้ตาปอดได้
– เกิดการระคายเคืองต่อผิวหนัง ทำให้ผิวหนังอักเสบ เป็นผื่นแดง และอาจเป็นแผลผุพองได้

มาตรการควบคุม
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จัดอยู่ในประเภทที่ 1 ของ พ.ร.บ. วัตถุอันตราย พ.ศ. 2535 หากมีการผลิต การนำเข้า การส่งออก หรือการมีไว้ในครอบครองต้องได้รับใบอนุญาตก่อน ส่วนบทลงโทษ คือ จำคุกไม่เกินหกเดือน หรือปรับไม่เกินห้าหมื่นบาท
หรือทั้งจำทั้งปรับ

เอกสารอ้างอิง
[1] U.S. National Library of Medicine. เข้าถึงได้ที่https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Hydrogen-peroxide
[2] การวิเคราะห์ปริมาณไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์-
ในผลิตภัณฑ์โกรกผมสำหรับผลิตภัณฑ์ย้อมผม-
ชนิดถาวร ด้วยวิธีการไทเทรตโดยการวัดศักย์ไฟฟ้า.
[3] ศุภมาศ จารุจรณ. 2559. ผลเชิงป้องกันของตรีผลาต่อการตาย-
ของเซลล์ประสาทจากการสะสมของธาตุเหล็ก-
และความเป็นพิษ ของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์.
[4] Solvay Interox. Cyanide Detoxification with Hydrogen Peroxide ออนไลน์. เข้าถึงได้ที่ : http://www.solvayinterox.com