Vì sao Methanol là dung môi cực kỳ quan trọng?

Cập nhật: 10:06 - 03 tháng 8, 2022

Methanol hay còn gọi là methyl alcohol là một hóa chất có công thức CH3OH. Một nhóm metyl được liên kết với một nhóm hydroxyl thường được viết tắt là MeOH.

{tocify} $title = {Nội dung bài viết}
Vì sao Methanol là dung môi cực kỳ quan trọng?
Methanol là gì?

Bên lề về Methanol

Methanol là một dung môi phân cực. Methanol có tên gọi khác là wood alcohol (rượu gỗ). Lý do đằng sau cái tên này là vì methanol đã từng được tạo ra từ quá trình chưng cất gỗ bị hủy hoại. Ngày nay, metanol chủ yếu được sản xuất công nghiệp bằng cách hydro hóa cacbon monoxit.

Methanol bao gồm một nhóm metyl gắn với một nhóm hydroxyl phân cực. Hơn 20 triệu tấn methanol được sản xuất hàng năm. Methanol được sử dụng làm tiền chất của các hóa chất hàng hóa khác. Ví dụ, những hóa chất này là metyl benzoat, fomanđehit, metyl tert-butyl ete, axit axetic, anisole, axit peroxy, v.v. cùng với một loạt các hóa chất chuyên dụng hơn.

Người ta thấy rằng một lượng nhỏ methanol có trong cơ thể người khỏe mạnh. Theo một số nghiên cứu, trung bình 4,5 ppm trong hơi thở thở ra của các đối tượng thử nghiệm. Một số lượng methanol nội sinh ở người là 0,45g/ngày được chuyển hóa từ pectin có trong trái cây. Khoảng một kg táo tạo ra tới 1,4g metanol. Metanol được tạo ra bởi vi khuẩn kỵ khí và thực vật phù du. Trong các vùng hình thành sao của không gian, metanol được tìm thấy với số lượng dồi dào. Nó cũng được sử dụng trong thiên văn học như một chất đánh dấu cho các vùng như vậy. Metanol được phát hiện thông qua các vạch phát xạ quang phổ của nó.

Tính chất của Metanol

  • Methanol là chất lỏng nhẹ, dễ bay hơi, không màu và dễ cháy.
  • Nó có mùi cồn đặc biệt tương tự như mùi của ethanol.
  • Khối lượng phân tử hoặc khối lượng mol của mantozơ là 32,04 g/mol.
  • Khối lượng riêng của methanol là 729 kg/m3.
  • Nhiệt độ sôi của methanol là 64,7 °C.
  • Điểm nóng chảy của methanol là -97,6 °C.

Các ứng dụng của Methanol

Fomanđehit, axit axetic, metyl tert-butylete

Metanol được chuyển thành fomanđehit. Điều này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là polyme. Sự chuyển đổi kéo theo quá trình oxy hóa:

2CH3OH + O2 → 2CH2O + 2H2O

Axit axetic cũng có thể được sản xuất thông qua methanol. Methanol và isobutan kết hợp với nhau để tạo ra metyl tert-butyl ete (MTBE). Metyl tert-butyl ete là chất tăng trị số octan chính trong xăng.

Metanol thành hydrocacbon, olefin, xăng

Quá trình ngưng tụ metanol để tạo hydrocacbon và các hệ thơm là cơ sở của một số công nghệ. Tất cả chúng đều liên quan đến khí và chất lỏng. Chúng bao gồm metanol thành hydrocacbon (MTH), metanol thành xăng (MTG), metanol thành olefin (MTO) và metanol thành propylen (MTP). Những chuyển đổi này được xúc tác với việc sử dụng zeolit làm chất xúc tác dị thể.

Phụ gia xăng

Chỉ thị Chất lượng Nhiên liệu Châu Âu cho phép các nhà sản xuất nhiên liệu bổ sung tối đa 3% methanol, với một lượng tương đương cosolvent với xăng bán ở Châu Âu. Ở Trung Quốc, người ta sử dụng hơn 4,5 tỷ lít methanol mỗi năm. Họ sử dụng nó làm nhiên liệu vận chuyển trong hỗn hợp cấp thấp cho các phương tiện thông thường và hỗn hợp cấp cao cho các phương tiện được thiết kế cho nhiên liệu methanol.

Hóa chất khác

Metanol là tiền chất của hầu hết các metylamin đơn giản, metyl halogenua và metyl ete. Metyl este được tạo ra từ metanol, với quá trình chuyển hóa chất béo và sản xuất dầu diesel sinh học thông qua phản ứng chuyển hóa.

Sử dụng thích hợp và tiềm năng của Methanol

Chất mang năng lượng

Methanol là chất mang năng lượng. Lý do đằng sau điều này là, là một chất lỏng, nó dễ lưu trữ hơn so với hydro và khí tự nhiên. Mật độ năng lượng của nó thấp phản ánh thực tế là nó đại diện cho khí mê-tan bị đốt cháy một phần. Mật độ năng lượng của methanol là 15,6 MJ/L, trong khi etanol là 24 và gasoline là 33 MJ/L.

Nhiên liệu

Metanol được sử dụng để làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Nó dễ dàng cháy bằng cách cho khí cacbonic và nước.

2CH3OH + 3O2 ⟶ 2CO2 + 4H2O

Nhiên liệu metanol được đề xuất để vận chuyển trên mặt đất. Ưu điểm của nền kinh tế metanol là nó có thể được điều chỉnh cho động cơ đốt trong chạy xăng với những thay đổi tối thiểu đối với động cơ. Mặc dù mật độ năng lượng của metanol chỉ bằng một nửa của xăng. Điều này có nghĩa là nó sẽ gấp đôi thể tích metanol được yêu cầu.

Metanol là nhiên liệu thay thế cho tàu biển. Nhiên liệu này giúp ngành vận tải biển đáp ứng các quy định về khí thải ngày càng tăng của ngành. Metanol làm giảm phát thải ôxít lưu huỳnh SO2, oxit nitơ NO2 và một số vật chất dạng hạt. Metanol có thể được sử dụng với hiệu suất cao trong động cơ diesel hàng hải sau một số sửa đổi bằng cách sử dụng một lượng nhỏ nhiên liệu thí điểm là Nhiên liệu kép.

Cấu trúc phân tử của Methanol.
Cấu trúc phân tử của Methanol.

Sản xuất Methanol

Từ khí tổng hợp

Carbon monoxide và hydro phản ứng trên chất xúc tác để tạo ra metanol. Chất xúc tác được sử dụng rộng rãi nhất là hỗn hợp các oxit đồng và kẽm, được hỗ trợ bởi alumin. Nó được ICI sử dụng lần đầu tiên vào năm 1966. Ở 5 đến 10 MPa (50 đến 100 atm) và 250oC (482°F), phản ứng được đặc trưng bởi độ chọn lọc cao lớn hơn 99,8%

CO + 2H2 ⟶ CH3OH

Quá trình sản xuất khí tổng hợp từ mêtan tạo ra ba mol hiđro cho mỗi mol cacbon monoxit. Quá trình tổng hợp chỉ sử dụng hai mol khí hydro trên mỗi mol cacbon monoxit. Một cách để xử lý lượng hydro dư là bơm carbon dioxide vào lò phản ứng tổng hợp metanol, tại đây, nó cũng phản ứng để tạo thành metanol theo phương trình

CO2 + 3H2 ⟶ CH3OH + H2O

Theo cơ chế, quá trình này xảy ra thông qua quá trình chuyển hóa CO ban đầu thành CO2, sau đó được hydro hóa-

CO2 + 3H2 ⟶ CH3OH + H2O

H2O được tái chế thông qua phản ứng chuyển dịch nước-khí

CO + H2O ⟶ CO2 + H2

Điều này cho một phản ứng tổng thể là:

CO + 2H2 ⟶ CH3OH

Sinh tổng hợp

Xúc tác chuyển hóa metan thành metanol bị ảnh hưởng bởi các enzym bao gồm metan monooxygenaza. Các enzym này là các oxygenase có chức năng hỗn hợp là oxy hóa và được kết hợp với việc sản xuất nước và NAD⁺

CH4 + O2 + NADPH + H⁺ → CH3OH + H2O + NAD⁺

CH4 ⊣ O2 ⊣ NADPH + H⁺ ⟶ CH3OH + H2O ⊣ NAD⁺

Đặc điểm kỹ thuật chất lượng và phân tích Methanol

Methanol có sẵn trên thị trường dễ dàng với một loạt các cấp độ tinh khiết. Methanol thương mại được phân loại theo cấp độ tinh khiết ASTMAAA. Cả hai loại như độ tinh khiết loại A và loại AA đều là methanol 99,85% theo trọng lượng. Methanol cấp AA cũng có một lượng nhỏ etanol.

Methanol được sử dụng cho mục đích hóa học tương ứng với Cấp AA. Ngoài nước hoặc chất lỏng, một số tạp chất điển hình bao gồm axeton và etanol rất khó tách bằng cách chưng cất. Quang phổ UV-vis là một phương pháp thích hợp để phát hiện các tạp chất thơm. Hàm lượng nước trong metanol có thể dễ dàng được xác định bằng cách sử dụng phương pháp chuẩn độ Karl-Fischer.

Câu hỏi thường gặp

Methanol là axit hay bazơ?

Methanol vừa có tính bazơ vừa có tính axit. Theo phương pháp Bronsted-Lowry, chất cho proton là axit và chất nhận proton là bazơ. Methanol là chất cho proton. Methanol tạo ra OH proton cho các bazơ nặng như natri hiđrua tương đối nhanh.

Tại sao methanol lại quan trọng?

Trong tổng hợp hóa học, methanol nguyên chất là một nguyên tố cần thiết. Methanol cũng là một loại nhiên liệu có chỉ số octan cao, tức là nhiên liệu đốt sạch, có thể thay thế quan trọng cho xăng trong các phương tiện ô tô. Methanol có nguồn gốc từ gỗ chủ yếu được sử dụng để sản xuất rượu etylic tổng hợp không an toàn để uống.

Tại sao methanol nguy hiểm?

Methanol cực độc và dễ cháy. Uống trực tiếp hơn 10mL methanol có thể gây mù vĩnh viễn vì tổn thương dây thần kinh thị giác hoặc có thể bị nhiễm độc hệ thần kinh trung ương, hôn mê và có thể tử vong. Những rủi ro như vậy cũng xảy ra khi hít phải hơi methanol.