Ein umweltfreundliches Bleichmittel

Einen Fleck aus der Kleidung zu entfernen, kann eine sehr schwierige Aufgabe sein. Um den Fleck loszuwerden, müssen nicht nur die Moleküle entfernt werden, wie bei Waschmitteln. Die befleckten Moleküle werden chemisch verändert, so dass sie das Licht nicht mehr auf die gleiche Weise reflektieren wie zuvor. Dieser Vorgang wird als Entfärben oder Bleichen bezeichnet. Natürliche Flecken sowie einige aus Gras hergestellte Farbstoffe stammen aus chemischen Verbindungen, die Chromophore genannt werden. Chromophore können Licht bei bestimmten Wellenlängen absorbieren und dadurch Farben hervorrufen.1

Handelsübliches Haushaltsbleichmittel, Natriumhypochlorit (NaClO), wirkt auf einen Fleck durch einen chemischen Prozess, der Oxidationsreduktion oder Redoxreaktion genannt wird. Unter Oxidation versteht man im Allgemeinen den Verlust von Elektronen und unter Reduktion den Gewinn von Elektronen. Die beiden Prozesse Oxidation und Reduktion treten gemeinsam auf, d. h. eine Verbindung wird reduziert, während eine andere oxidiert wird. Chlorbleichmittel sind Oxidationsmittel; wenn Chlor mit Wasser reagiert, entstehen Salzsäure und atomarer Sauerstoff. Der Sauerstoff reagiert leicht mit den Chromophoren und entzieht dem Molekül Elektronen, wodurch die Struktur des Moleküls chemisch verändert wird und sich die physikalischen Eigenschaften, die die Farbe verursachen, ändern.1

Chlorbleichmittel arbeiten effizient und kostengünstig. Allerdings werden bei der Oxidation mit Chlorbleichmitteln manchmal Chloratome an die Moleküle des Farbstoffs angehängt, anstatt nur Elektronen zu entfernen. Der Zusatz von Chlor zum Abfallstrom kann zur Bildung gefährlicher Nebenprodukte wie Dioxine führen. Dioxine sind eine Gruppe von Hunderten von ähnlich strukturierten Verbindungen, die die Fähigkeit zur Bioakkumulation besitzen. Die Hauptquellen für Dioxine sind die Verbrennung von Abfällen und Waldbrände, aber Dioxine können auch durch industrielle Prozesse, die Chlor verwenden, wie die Textil- und Papierherstellung, in die Umwelt gelangen. Die Exposition gegenüber großen Mengen von Dioxinen kann zu einer Erkrankung führen, die als Chlorakne bekannt ist. Chlorakne ist eine schwere Hauterkrankung, bei der Läsionen im Gesicht und am Oberkörper auftreten. Eine hohe Exposition gegenüber Dioxinen wird auch mit einem erhöhten Krebsrisiko in Verbindung gebracht. Ihre Tendenz, in der Umwelt zu verweilen, hat die US-Umweltschutzbehörde dazu veranlasst, mit der Industrie zusammenzuarbeiten, um Wege zu finden, ihre Verwendung einzuschränken.2

Chlor in großem Maßstab ist tödlich für die Umwelt. Es gibt andere Alternativen oder chlorfreie Bleichmittel. Die chlorfreien Bleichmittel enthalten Wasserstoffperoxid oder Feststoffe wie Perborat oder Percarbonat, die mit Wasser reagieren und Wasserstoffperoxid freisetzen. Wasserstoffperoxid zerfällt in Sauerstoffgas und Wasser, wie in Gleichung 1.1

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Im Zuge der Zersetzung setzt H2O2 freie Radikale frei, hochreaktive Zwischenprodukte, die andere Moleküle oxidieren, indem sie ihnen Elektronen entziehen. Handelt es sich bei diesen anderen Molekülen um farbige Flecken oder Pigmente, können die chemischen Veränderungen, die durch ihre Oxidation entstehen, ihre physikalischen Eigenschaften verändern, so dass sie farblos werden.1

Wasserstoffperoxid ist eine umweltfreundlichere Alternative zu den Bleichmitteln aus Chlor. Die Ersetzung von Chlorbleichmitteln durch Wasserstoffperoxid ist jedoch mit zwei Problemen verbunden. Der Oxidationsprozess des Peroxids kann wahllos ablaufen; jedes Molekül kann mit den freien Radikalen reagieren. Das zweite Problem bei der Verwendung von Wasserstoffperoxid besteht darin, dass höhere Temperaturen und Drücke mit längeren Reaktionszeiten erforderlich sind, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen wie bei der Chlorbleiche. Bei der Herstellung führt dies zu höheren Kosten für Energie, Ausrüstung und Arbeitskräfte.1

Diese Probleme veranlassten Forscher an der Carnegie Mellon University zur Entwicklung von Molekülen, den so genannten Tetraamidomakrozyklischen Liganden (TAML), die als Katalysatoren in der Wasserstoffperoxid-Bleichreaktion fungieren. Durch ihre Zugabe kann die Reaktion bei viel niedrigeren Temperaturen und Drücken ablaufen und eine höhere Reaktionsselektivität erzielt werden.3 TAML-aktiviertes H2O2 ist ein ideales Beispiel für grüne Chemie in der Praxis. Es wird aus natürlich vorkommenden biochemischen Stoffen hergestellt, senkt die Energiekosten und verringert die Verschmutzung durch Chlor.

Aus ChemPRIME: 11.17: Allgemeine Oxidationsmittel