A Greener Bleach

Het verwijderen van een vlek uit je kleding kan een heel moeilijke taak zijn. Het verwijderen van de vlek is niet een kwestie van het verwijderen van de moleculen zoals bij wasmiddelen. De gevlekte moleculen worden chemisch veranderd zodat zij niet meer op dezelfde manier licht reflecteren als voorheen. Dit proces wordt ontkleuren of bleken genoemd. Natuurlijke vlekken en sommige kleurstoffen die van gras worden gemaakt, zijn afkomstig van chemische verbindingen die chromoforen worden genoemd. Chromoforen kunnen licht absorberen op specifieke golflengten en daardoor kleuren veroorzaken.1

Het gewone huishoudbleekmiddel, natriumhypochloriet (NaClO), werkt op een vlek via het chemische proces dat oxidatiereductie, of redoxreactie, wordt genoemd. Oxidatie wordt over het algemeen gedefinieerd als het verliezen van elektronen en reductie als het winnen van verkiezingen. De twee processen oxidatie en reductie komen samen voor; de ene verbinding wordt dus gereduceerd in het proces van het oxideren van een andere. Chloorbleekmiddelen zijn oxiderende middelen; wanneer chloor met water reageert, produceert het zoutzuur en atomaire zuurstof. De zuurstof reageert gemakkelijk met de chromoforen om elektronen aan het molecuul te onttrekken, waardoor de structuur van het molecuul chemisch verandert en de fysische eigenschappen die de kleur veroorzaken worden veranderd.1

Chloorbleekmiddelen werken efficiënt en goedkoop. Soms worden bij oxidatie met chloorbleekmiddelen echter chlooratomen aan de gekleurde vlekkenmoleculen toegevoegd in plaats van alleen elektronen te verwijderen. De toevoeging van chloor aan de afvalstroom kan leiden tot de vorming van gevaarlijke bijproducten, zoals dioxines. Dioxines zijn een groep van honderden verbindingen met een gelijkaardige structuur die het vermogen hebben tot bioaccumulatie. De belangrijkste bronnen van dioxinen zijn afvalverbranding en bosbranden, maar dioxinen kunnen ook aan het milieu worden toegevoegd door industriële processen waarbij chloor wordt gebruikt, zoals textiel- en papierproductie. Blootstelling aan grote hoeveelheden dioxinen kan een aandoening veroorzaken die bekend staat als chlooracne. Chlooracne is een ernstige huidziekte die laesies veroorzaakt op het gezicht en het bovenlichaam. Een hoge blootstelling aan dioxinen is ook in verband gebracht met een verhoogd risico op kanker. Hun neiging om in het milieu te blijven hangen heeft het U.S. Environmental Protection Agency ertoe gebracht met de industrie samen te werken om manieren te vinden om het gebruik ervan te beperken.2

Chloor op grote schaal is dodelijk voor een milieu. Er zijn andere alternatieven of niet-chloorbleekmiddelen beschikbaar. De niet-chloorbleekmiddelen bevatten waterstofperoxide of vaste stoffen zoals perboraat of percarbonaat die met water reageren waarbij waterstofperoxide vrijkomt. Waterstofperoxide ontleedt in zuurstofgas en water, zoals weergegeven in vergelijking 1.1

Bij de ontleding komen bij H2O2 vrije radicalen vrij, zeer reactieve tussenproducten die andere moleculen oxideren door er elektronen aan te onttrekken. Als deze andere moleculen gekleurde vlekken of pigmenten zijn, kunnen de chemische veranderingen die optreden door hun oxidatie hun fysische eigenschappen veranderen, waardoor ze kleurloos worden.1

Waterstofperoxide is een groener en milieuvriendelijker alternatief voor de chloorbleekreagentia. Het vervangen van chloorbleekmiddelen door waterstofperoxide brengt echter twee problemen met zich mee. Het oxidatieproces van peroxide kan ongedifferentieerd zijn; elk molecuul kan met de vrije radicalen reageren. Het tweede probleem bij het gebruik van waterstofperoxide is dat hogere temperaturen en drukken met langere reactietijden nodig zijn om dezelfde resultaten te bereiken als bij het bleken met chloor. Bij de fabricage leidt dit tot hogere kosten voor energie, apparatuur en arbeid.1

Dit probleem bracht onderzoekers van de Carnegie Mellon University ertoe moleculen te ontwikkelen die tetraamido macrocyclische liganden (TAML) worden genoemd om als katalysator te fungeren bij de bleekreactie met waterstofperoxide. Door hun toevoeging kan de reactie bij veel lagere temperaturen en drukken verlopen en wordt een hogere reactieselectiviteit verkregen.3 TAML-geactiveerd H2O2 is een ideaal voorbeeld van groene chemie aan het werk. Het wordt gemaakt van natuurlijk voorkomende biochemicaliën, verlaagt de energiekosten en vermindert de chloorvervuiling.

Van ChemPRIME: 11.17: Common Oxidizing Agents