民國115年 普通考試 化學工程 工業化學概要
第4題
過氧化氫（H2O2）溶液可作為氧化劑、漂白劑及抗菌劑，經常以稀釋液 型態供消費者使用，較高濃度者則應用於工業界。試分別說明利用異丙 醇（isopropanol）…
題目
過氧化氫（H2O2）溶液可作為氧化劑、漂白劑及抗菌劑，經常以稀釋液 型態供消費者使用，較高濃度者則應用於工業界。試分別說明利用異丙 醇（isopropanol）或蒽醌（anthraquinone）製備過氧化氫之反應途徑及觸 媒。（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、製程概觀：過氧化氫（H2O2）工業上大規模以蒽醌法（anthraquinone process，AO process）生產；異丙醇法（isopropanol process）為較早期方法，因副產丙酮與經濟性問題，現已較少使用。兩法均以氧氣為氧源，但蒽醌法藉有機工作液循環，異丙醇法則直接氧化醇類。
- 二、異丙醇法反應： (CH3)2CHOH + O2 → (CH3)2CO + H2O2。異丙醇（isopropanol, IPA）在液相反應器中以空氣或氧氣氧化，生成丙酮（acetone）與過氧化氫。此反應通常不採傳統固體觸媒，而是以較高溫度及少量過氧化物或自由基起始劑啟動自由基鏈反應。
- 三、異丙醇法條件與限制：反應約 90–140°C、加壓操作；異丙醇轉化率不宜過高，以免 H2O2 分解。須控制 pH、金屬離子與停留時間，產品再以水萃取、蒸餾分離。此法副產大量丙酮、H2O2 濃度較低且能耗較高，為其逐漸被取代之原因。
- 四、蒽醌法氫化階段：以 2-乙基蒽醌（2-ethylanthraquinone, EAQ）溶於有機溶劑（如重芳烴與磷酸三辛酯混合溶劑）形成工作液；在鈀觸媒（Pd/Al2O3）上氫化生成 2-乙基蒽氫醌（EAHQ）：EAQ + H2 → EAHQ。須控制氫化程度，避免過度氫化生成四氫蒽醌等降解物。
- 五、蒽醌法氧化與萃取：EAHQ + O2 → EAQ + H2O2，此氧化再生步驟通常不需觸媒；再以純水逆流萃取 H2O2，經淨化、濃縮得 30–70% 產品。總反應為 H2 + O2 → H2O2。商業操作關鍵在氫化與氧化效率、工作液降解控制及添加穩定劑防止 H2O2 分解，此為現今主流製程。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。