A Greener Bleach

Pozbycie się plamy z ubrania może być bardzo trudnym zadaniem. Pozbycie się plamy nie jest kwestią usunięcia molekuł, jak w przypadku detergentów. Zaplamione molekuły są zmieniane chemicznie tak, że nie odbijają już światła w taki sam sposób jak wcześniej. Proces ten nazywany jest odbarwianiem lub wybielaniem. Naturalne plamy, jak również niektóre barwniki produkowane z trawy pochodzą od związków chemicznych zwanych chromoforami. Chromofory mogą absorbować światło o określonej długości fali i dlatego wywołują kolory.1

Pierwotny wybielacz domowy, podchloryn sodu (NaClO), działa na plamę poprzez proces chemiczny zwany redukcją utleniania lub reakcją redoks. Utlenianie jest ogólnie zdefiniowane jako utrata elektronów, a redukcja jako uzyskiwanie wyborów. Dwa procesy utleniania i redukcji zachodzą razem; w ten sposób jeden związek jest redukowany w procesie utleniania innego. Chlorowe wybielacze są utleniaczami; kiedy chlor reaguje z wodą, wytwarza kwas chlorowodorowy i tlen atomowy. Tlen łatwo reaguje z chromoforami w celu usunięcia elektronów z cząsteczki, chemicznie zmieniając strukturę cząsteczki i właściwości fizyczne, które powodują zmianę koloru.1

Chlorowe wybielacze działają skutecznie i tanio. Jednak czasami utlenianie za pomocą wybielaczy chlorowych obejmuje dodanie atomów chloru do kolorowych cząsteczek plam, a nie tylko eliminację elektronów. Dodanie chloru do strumienia odpadów może prowadzić do powstawania niebezpiecznych produktów ubocznych, takich jak dioksyny. Dioksyny to grupa setek związków o podobnej strukturze, które mają zdolność do bioakumulacji. Główne źródła dioksyn pochodzą ze spalania odpadów i pożarów lasów, ale dioksyny mogą być również wprowadzane do środowiska w procesach przemysłowych wykorzystujących chlor, takich jak produkcja tekstyliów i papieru. Narażenie na duże ilości dioksyn może powodować stan znany jako trądzik chlorowy. Chlor trądzik jest poważną chorobą skóry, powodującą zmiany na twarzy i górnej części ciała. Wysokie narażenie na dioksyny zostało również powiązane ze wzrostem zagrożenia rakiem. Ich tendencja do utrzymywania się w środowisku skłoniła amerykańską Agencję Ochrony Środowiska do współpracy z przemysłem w celu znalezienia sposobów na ograniczenie ich użycia.2

Chlor na dużą skalę jest śmiertelny dla środowiska. Dostępne są inne alternatywy lub wybielacze bezchlorowe. Wybielacze bezchlorowe zawierają nadtlenek wodoru lub substancje stałe, takie jak nadboran lub nadwęglan, które reagują z wodą uwalniając nadtlenek wodoru. Nadtlenek wodoru rozkłada się na gazowy tlen i wodę, jak pokazano w równaniu 1.1

W procesie rozkładu H2O2 uwalnia wolne rodniki, wysoce reaktywne produkty pośrednie, które utleniają inne cząsteczki, usuwając z nich elektrony. Jeśli te inne cząsteczki są kolorowymi plamami lub pigmentami, zmiany chemiczne zachodzące w wyniku ich utleniania mogą zmienić ich właściwości fizyczne, czyniąc je bezbarwnymi.1

Nadtlenek wodoru jest bardziej ekologiczną i przyjazną dla środowiska alternatywą dla odczynników wybielających zawierających chlor. Jednak zastąpienie wybielaczy chlorowych nadtlenkiem wodoru wiąże się z dwoma problemami. Proces utleniania nadtlenku może być niedyskryminujący; każda cząsteczka może reagować z wolnymi rodnikami. Drugim problemem związanym ze stosowaniem nadtlenku wodoru jest konieczność stosowania wyższych temperatur i ciśnień oraz dłuższych czasów reakcji, aby osiągnąć takie same rezultaty jak w przypadku bielenia chlorem. W produkcji prowadzi to do wyższych kosztów energii, sprzętu i pracy.1

Problemy te skłoniły naukowców z Carnegie Mellon University do opracowania cząsteczek zwanych tetraamido makrocyklicznymi ligandami (TAML), które funkcjonują jako katalizatory w reakcji wybielania nadtlenkiem wodoru. Ich dodanie pozwala na przebieg reakcji w znacznie niższych temperaturach i ciśnieniach oraz uzyskanie wyższej selektywności reakcji.3 H2O2 aktywowany przez TAML jest idealnym przykładem działania zielonej chemii. Jest on wytwarzany z naturalnie występujących biochemikaliów, zmniejsza koszty energii i redukuje zanieczyszczenie chlorem.

Z ChemPRIME: 11.17: Common Oxidizing Agents

.