과산화수소는 어떻게 만들어질까? 제조 과정과 화학 반응

과산화수소(H₂O₂)는 강력한 산화 작용을 가진 화합물로, 소독, 표백, 살균, 화학 산업 등 다양한 용도로 사용됩니다. 그렇다면, 과산화수소는 어떻게 만들어질까요? 이번 글에서는 과산화수소의 제조 과정과 화학 반응 원리를 알아보겠습니다.

1. 과산화수소의 기본 원리

과산화수소(H₂O₂)는 물(H₂O)과 비슷한 분자 구조를 가지지만, 산소 원자가 하나 더 포함되어 있어 강력한 산화력을 발휘하는 특징이 있습니다.

✔️ 화학식: H₂O₂
✔️ 산화제 역할: 박테리아, 바이러스, 유기물 분해
✔️ 분해 반응: 자연적으로 물(H₂O)과 산소(O₂)로 분해됨

 

2. 과산화수소의 주요 제조 방법

과산화수소는 산업적으로 다양한 방법으로 제조되지만, 현재 가장 많이 사용되는 방식은 “안트라퀴논 공정(Anthraquinone Process)”입니다. 이외에도 전기분해법, 무기화학적 합성법, 실험실 제조법이 존재합니다.

1) 안트라퀴논 공정 (Anthraquinone Process) – 산업용 제조

현재 가장 많이 사용되는 과산화수소의 제조법은 안트라퀴논 공정입니다. 이 방법은 안트라퀴논(Anthraquinone)이라는 유기 화합물을 촉매로 활용하여 과산화수소를 합성하는 방식입니다.

① 안트라퀴논 환원 → 안트라히드로퀴논(Anthrahydroquinone)으로 변환
② 산화 반응 → 산소(O₂)와 반응하여 과산화수소(H₂O₂)를 생성
③ 추출 및 정제 → 생성된 과산화수소를 물에서 추출 후 정제

✔️ 특징
• 대량 생산 가능
• 고농도의 과산화수소 제조 가능 (30~70%)
• 경제적이고 효율적인 방식

 

2) 전기분해법 (Electrolysis) – 실험실 및 연구용 제조

전기분해법은 황산(H₂SO₄) 또는 황산암모늄을 전해질로 사용하여, 전기분해를 통해 과산화수소를 생성하는 방식입니다.

① 황산(H₂SO₄)을 물에 녹여 전기분해
② 음극(-)에서 수산화 라디칼(OH·)이 결합하여 H₂O₂ 형성
③ 생성된 과산화수소를 정제하여 사용

✔️ 특징
• 고순도의 과산화수소 제조 가능
• 소량 생산에 적합 (대량 생산은 어려움)
• 전기 에너지가 많이 필요하여 비용이 높음

3) 무기화학적 합성법 (Non-electrolytic Chemical Process)

무기화학적 방법을 사용하여 과산화수소를 직접 합성하는 방식도 있습니다. 이 방식은 과산화 바륨(BaO₂)과 황산(H₂SO₄)을 반응시켜 과산화수소를 얻는 방법입니다.

① 과산화 바륨(BaO₂)에 황산(H₂SO₄)을 가함
② 과산화수소가 생성되며, 황산바륨(BaSO₄)은 침전됨

✔️ 특징
• 과거 실험실에서 주로 사용되었으나, 현재는 거의 사용되지 않음
• 불순물이 많아 정제 과정이 필요

 

3. 과산화수소의 안정화 및 저장 방법

과산화수소(H₂O₂)는 자연적으로 물(H₂O)과 산소(O₂)로 분해되기 쉬운 물질이기 때문에, 안정적인 상태로 저장하기 위해 안정화제와 보관 조건이 필요합니다.

1) 안정화제 사용

• 황산(H₂SO₄): 분해 속도를 늦추는 역할
• 인산(H₃PO₄): 촉매 역할을 방지하여 안정성을 높임
• 우라늄 화합물(과거 사용, 현재 사용 금지): 강력한 안정화제 역할

2) 보관 방법

• 직사광선을 피하고 어두운 곳에 보관 (자외선에 의해 분해됨)
• 갈색 유리병 사용 (광분해 방지)
• 금속 용기 사용 금지 (금속과 반응하여 산소를 방출할 수 있음)
• 밀폐 용기에 보관하여 기체가 빠져나가지 않도록 함

요약

과산화수소는 산업적으로 안트라퀴논 공정을 이용하여 대량 생산되며, 전기분해법과 무기화학적 합성법은 실험실 또는 소규모 생산에 사용됩니다.

✅ 안트라퀴논 공정 – 가장 경제적이고 대량 생산 가능 (산업용)
✅ 전기분해법 – 고순도 과산화수소 생산 가능 (연구용)
✅ 무기화학적 합성법 – 역사적으로 사용되었으나 현재는 거의 사용되지 않음

과산화수소는 자연적으로 분해되기 쉬운 물질이므로, 안정화제와 적절한 보관 방법을 통해 안전하게 저장해야 합니다.

과산화수소의 농도별 차이: 3%, 6%, 35%의 차이와 용도

과산화수소의 안전한 사용법과 주의사항

과산화수소 vs. 표백제: 차이점과 용도 비교