Dung Môi Methanol Là Gì?

Methanol là gì? Tìm hiểu chi tiết về methanol - một hóa chất quan trọng trong sản xuất công nghiệp, năng lượng sạch và dung môi. Khám phá ứng dụng, tính chất, và cách sử dụng an toàn methanol ngay hôm nay!

Methanol Là Gì?

Methanol (còn gọi là cồn gỗ hoặc methyl alcohol) là một loại rượu đơn giản nhất với công thức hóa học CH₃OH. Đây là một chất lỏng không màu, dễ bay hơi và có mùi nhẹ đặc trưng. Methanol có vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất và năng lượng, được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất hoặc dung môi trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Methanol được phát hiện từ việc chưng cất gỗ (vì vậy có tên gọi "cồn gỗ"). Ngày nay, hầu hết Methanol được sản xuất từ khí thiên nhiên hoặc than đá thông qua quy trình tổng hợp hóa học.

Tính Chất Vật Lý Của Methanol 

Methanol là một chất lỏng không màu, dễ bay hơi và có nhiều đặc điểm nổi bật về mặt vật lý:

Trạng thái và màu sắc: Methanol tồn tại ở dạng chất lỏng ở nhiệt độ và áp suất thường. Không màu, trong suốt và có mùi nhẹ, đặc trưng của rượu.

Điểm sôi: Methanol sôi ở 64.7°C (148.5°F), thấp hơn ethanol và nhiều rượu khác, cho thấy tính dễ bay hơi.

Điểm nóng chảy: Methanol đóng băng ở -97.6°C, giúp nó được sử dụng trong các ứng dụng ở nhiệt độ cực thấp.

Độ tan trong nước: Methanol hòa tan hoàn toàn trong nước và nhiều dung môi hữu cơ khác (như acetone, chloroform), nhờ khả năng tạo liên kết hydro.

Tỷ trọng: Methanol có tỷ trọng khoảng 0.7918 g/cm³ ở 20°C, nhẹ hơn nước.

Độ nhớt: Methanol có độ nhớt thấp, khoảng 0.54 mPa.s ở 20°C, giúp nó dễ dàng chảy và phân bố trong các hệ thống.

Áp suất hơi: Áp suất hơi của Methanol ở 20°C là 127 mmHg, cho thấy khả năng bay hơi mạnh, đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao.

Độ dễ cháy: Methanol rất dễ cháy, với ngưỡng cháy là 12–36% (thể tích) trong không khí. Khi đốt, methanol tạo ra ngọn lửa màu xanh nhạt, rất khó thấy trong ánh sáng ban ngày.

Mùi: Methanol có mùi nhẹ và hơi ngọt, nhưng không hấp dẫn như ethanol. Tuy nhiên, mùi của Methanol không đủ mạnh để phát hiện khi có nguy cơ ngộ độc.

Độ dẫn điện: Methanol là chất không dẫn điện tốt, nhưng có khả năng phân cực cao, nên thường được dùng làm dung môi trong các phản ứng điện hóa.

Tính Chất Hóa Học Của Methanol

Phân tử Methanol

Công thức phân tử: CH₃OH.

Cấu trúc: Một nhóm methyl (CH₃-) gắn với một nhóm hydroxyl (-OH), tạo nên đặc tính lưỡng tính và khả năng tạo liên kết hydro.

Methanol cháy trong oxy, tạo ra carbon dioxide và nước:

2CH3OH + 3O₂ → 2CO₂ + 4H₂O

Phản ứng này giải phóng năng lượng lớn, khiến Methanol được sử dụng làm nhiên liệu.

Phản ứng oxy hóa:

Methanol có thể bị oxy hóa nhẹ thành formaldehyde (HCHO) và tiếp tục thành axit formic (HCOOH) trong điều kiện phù hợp.

CH₃OH + [O] → HCHO + H₂O 

Phản ứng với kim loại kiềm:

Methanol phản ứng với kim loại kiềm (như natri) để tạo ra methoxide và hydro:

2CH₃OH + 2Na → 2CH₃ONa +H₂

Phản ứng ester hóa:

Methanol phản ứng với axit hữu cơ hoặc vô cơ (ví dụ HCl, H₂SO₄) để tạo thành ester:

CH₃OH + RCOOH → RCOOCH₃+H₂O 

Phản ứng với axit vô cơ mạnh:

Methanol có thể phản ứng với axit clohydric để tạo methyl chloride:

CH₃OH+HCl→CH₃Cl+H₂O

Phản ứng kiềm hóa:

Methanol có thể được kiềm hóa để tạo thành các dẫn xuất methyl ether hoặc methyl ester.

Phản ứng trùng hợp:

Trong điều kiện nhiệt độ cao và xúc tác thích hợp, Methanol có thể trùng hợp để tạo thành các hợp chất phức tạp hơn.

Khả năng làm dung môi:

Methanol là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hòa tan nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ, được dùng phổ biến trong hóa học tổng hợp và phân tích.

Quy Trình Điều Chế Methanol 

Methanol được sản xuất chủ yếu thông qua các quy trình công nghiệp hiện đại. Nguyên liệu chính là khí thiên nhiên, than đá, hoặc CO₂, với mục tiêu tạo ra methanol tinh khiết dùng trong công nghiệp. Dưới đây là 4 quy trình điều chế Methaol cơ bản

Quy Trình Công Nghiệp Tổng Hợp Methanol 

Nguyên Liệu Đầu Vào 

• Khí thiên nhiên (chứa methane - CH₄): Đây là nguồn nguyên liệu phổ biến nhất.
• Than đá hoặc dầu nặng: Sử dụng trong trường hợp không có khí thiên nhiên.
• Khí CO₂: Được thu hồi từ các nhà máy phát thải lớn để giảm tác động môi trường.

Các Bước Thực Hiện

Bước 1: Khí hóa nhiên liệu 

• Mục đích: Chuyển đổi khí methane (CH₄) thành khí tổng hợp (syngas), bao gồm hydrogen (H₂), carbon monoxide (CO), và một lượng nhỏ carbon dioxide (CO₂).
• Quy trình:
  • Khí methane phản ứng với hơi nước (steam reforming) trong điều kiện nhiệt độ cao (700-1.000°C) và áp suất cao, sử dụng xúc tác nickel: CH₄ + H₂O → CO+3H₂
  • Một số CO tiếp tục phản ứng với nước (water-gas shift reaction) để tạo thêm H₂: CO+H₂O→CO₂+H₂

Bước 2: Tinh Chế Khí Tổng Hợp 

Loại bỏ các tạp chất như lưu huỳnh, CO₂ dư thừa, hoặc hơi nước để đảm bảo khí tổng hợp đạt tỷ lệ mong muốn giữa H₂:CO (thường là 2:1).

Bước 3: Tổng Hợp Methanol 

Khí tổng hợp được nén ở áp suất cao (50-100 bar) và nhiệt độ trung bình (200-300°C), sau đó cho đi qua chất xúc tác (thường là hỗn hợp Cu/ZnO/Al₂O₃):

CO + 2H₂ → CH₃OH

Một phần nhỏ CO2 cũng tham gia phản ứng 

CO₂​ + 3H₂ ​→ CH₃​OH + H₂​O

Bước 4: Tinh chế Methanol 

Methanol thô sau khi tổng hợp chứa tạp chất như nước, Ethanol, hoặc các hợp chất Hydrocarbon khác.

Methanol được tách qua quá trình chưng cất, để đạt độ tinh khiết cao (>99%).

Điều Chế Methanol Từ Than Đá 

Trong trường hợp không có khí thiên nhiên, than đá được sử dụng làm nguyên liệu.

Quy trình khí hóa than:

Than đá được đốt trong điều kiện thiếu oxy để tạo khí tổng hợp (syngas).

Các bước sau (tinh chế, tổng hợp methanol, và chưng cất) tương tự như quy trình từ khí thiên nhiên.

Công nghệ sản xuất Methanol từ CO₂

Trong xu hướng phát triển bền vững, CO₂ được sử dụng làm nguyên liệu thay thế:

Quy trình:

CO₂ được thu giữ từ các nhà máy công nghiệp và phản ứng với hydrogen (H₂) thu được từ điện phân nước bằng năng lượng tái tạo.

Phản ứng tạo Methanol: CO₂+3H₂→CH₃OH+H₂O

Lợi ích:

Giảm khí thải CO₂, góp phần chống biến đổi khí hậu.

Tận dụng năng lượng tái tạo trong sản xuất.

Điều Chế Methanol Trong Phòng Thí Nghiệm 

Trong nghiên cứu hoặc sản xuất nhỏ lẻ, Methanol có thể được điều chế từ phản ứng oxi hóa khử:

1. Từ Methyl Chloride (CH₃Cl):
   • CH₃Cl phản ứng với nước trong sự hiện diện của xúc tác axit hoặc bazo: CH₃Cl+H₂O→CH₃OH+ HCl
2. Từ Formaldehyde:
   • Methanol được tổng hợp lại từ phản ứng khử formaldehyde (HCHO): HCHO + H₂→CH₃OH 

Ứng Dụng Của Methanol 

Methanol (CH₃OH) là một hóa chất quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và đời sống. Dưới đây là các ứng dụng chính của Methanol được phân tích chi tiết.

Ứng dụng trong sản xuất hóa chất

• Sản xuất formaldehyde

Quy trình: Methanol được oxy hóa để tạo formaldehyde (HCHO), một chất hóa học trung gian quan trọng.
Ứng dụng của formaldehyde:
Sản xuất nhựa phenol-formaldehyde (nhựa phenolic), nhựa melamine và nhựa urea-formaldehyde.
Dùng trong sản xuất keo dán gỗ, vật liệu cách nhiệt và vật liệu xây dựng.

• Sản xuất axit acetic

Axit acetic được tổng hợp từ Methanol thông qua quá trình carbonyl hóa.
Ứng dụng của axit acetic:
Nguyên liệu để sản xuất sợi polyester.
Thành phần trong giấm và các sản phẩm dệt may.

• Sản xuất methyl tert-butyl ether (MTBE)

MTBE là chất phụ gia trong xăng, giúp tăng chỉ số octane và giảm khí thải độc hại.

• Sản xuất methylamine

Methanol phản ứng với amoniac để tạo methylamine, được dùng trong sản xuất thuốc trừ sâu, dược phẩm và chất tạo bọt polyurethane.

• Sản xuất dimethyl ether (DME)

DME là sản phẩm thay thế tiềm năng cho khí hóa lỏng LPG, được sử dụng trong nấu ăn và làm nhiên liệu công nghiệp.

Methanol làm nhiên liệu

• Là nhiên liệu công nghiệp

Methanol được sử dụng trong các lò hơi, máy phát điện, và các hệ thống nhiệt công nghiệp.

• Nhiên liệu thay thế cho động cơ

Methanol 100% (M100): Dùng làm nhiên liệu trực tiếp cho động cơ đốt trong.
Hỗn hợp Methanol-xăng (M15, M85): Giảm khí thải độc hại và tăng hiệu suất động cơ.

• Nhiên liệu hàng hải

Methanol đang được nghiên cứu làm nhiên liệu sạch cho tàu thủy, giảm phát thải khí nhà kính và lưu huỳnh.

• Nhiên liệu máy bay

Methanol được nghiên cứu làm nhiên liệu cho động cơ phản lực trong các chương trình phát triển nhiên liệu hàng không bền vững (SAF).

Methanol làm dung môi

Methanol là dung môi phân cực mạnh, được sử dụng trong nhiều ứng dụng:

• Sản xuất sơn, vecni và chất phủ bề mặt.
• Làm dung môi trong ngành dược phẩm để tổng hợp thuốc.
• Dùng trong sản xuất mực in, keo dán, và các sản phẩm chăm sóc cá nhân.

Ứng dụng trong năng lượng tái tạo

• Sản xuất Methanol xanh: Methanol được sản xuất từ CO₂ và năng lượng tái tạo, giúp giảm phát thải khí nhà kính.
• Nhiên liệu tế bào nhiên liệu (fuel cell): Methanol được sử dụng trong pin nhiên liệu, chuyển hóa trực tiếp thành điện năng mà không cần đốt cháy.

Ứng dụng trong công nghiệp xây dựng

Methanol là thành phần trong các chất phụ gia xây dựng như chất chống thấm, chất làm dẻo hoặc chất kết dính.

Sản xuất nhựa và sợi tổng hợp

Methanol là nguyên liệu đầu vào để sản xuất sợi polyester, nhựa PET và các sản phẩm nhựa khác, được sử dụng trong quần áo, chai nhựa và bao bì.

Ứng dụng trong ngành dược phẩm

Methanol được dùng làm dung môi hoặc nguyên liệu trong sản xuất thuốc, bao gồm thuốc kháng sinh, thuốc giảm đau và thuốc chống viêm.

Ứng dụng trong ngành nông nghiệp

• Methanol là nguyên liệu sản xuất thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và phân bón hóa học.
• Methanol có thể được pha loãng để cải thiện quang hợp trong cây trồng, tăng năng suất nông nghiệp.

Dùng trong bảo quản

Methanol được sử dụng làm chất bảo quản:

• Trong ngành công nghiệp gỗ: Methanol ngăn ngừa sự phân hủy do nấm mốc.
• Trong phòng thí nghiệm: Methanol bảo quản mẫu sinh học và hóa học.

Ứng dụng trong phòng thí nghiệm

• Methanol là dung môi phổ biến trong sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).
• Là chất tẩy rửa dụng cụ thí nghiệm, đặc biệt trong việc loại bỏ dầu mỡ và chất hữu cơ.

Ứng dụng trong công nghệ xử lý khí

Methanol được dùng để loại bỏ CO₂ và H₂S từ khí tự nhiên, giúp tinh chế khí tự nhiên trước khi sử dụng.

Ứng dụng khác

• Methanol được dùng trong sản xuất nước rửa kính xe hơi, nhờ khả năng hòa tan bụi bẩn và không để lại vệt.
• Dùng trong công nghiệp chiếu sáng và sản xuất ngọn đèn cồn.

Methanol Có Độc Không?

Methanol (CH₃OH) là một hợp chất rất độc đối với con người và động vật nếu tiếp xúc hoặc sử dụng không đúng cách. Đây là một chất nguy hiểm cần được xử lý và sử dụng cẩn thận. Dưới đây là phân tích chi tiết về độc tính của Methanol.

Tại sao Methanol độc?

Khi Methanol xâm nhập vào cơ thể, nó được chuyển hóa bởi enzyme alcohol dehydrogenase trong gan, tạo ra các sản phẩm chuyển hóa cực kỳ độc hại:

• Formaldehyde (HCHO): Là chất gây ung thư tiềm tàng, có thể làm tổn thương nghiêm trọng các mô cơ thể.
• Axit formic (HCOOH): Gây nhiễm toan máu (acidosis), dẫn đến tổn thương thần kinh và các cơ quan quan trọng.

Những sản phẩm này gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thần kinh trung ương, thị giác, gan, và thậm chí dẫn đến tử vong nếu liều lượng đủ lớn.

Methanol gây độc qua những đường nào?

Methanol có thể gây độc qua ba đường chính:

• Đường tiêu hóa

Uống Methanol là nguyên nhân gây ngộ độc phổ biến nhất.
Chỉ cần uống 10-30ml methanol nguyên chất có thể gây mù lòa, và 30-100ml có thể dẫn đến tử vong.

• Đường hô hấp

Hít hơi Methanol trong thời gian dài có thể gây tổn thương hô hấp, đau đầu, chóng mặt, và ngộ độc thần kinh.

• Đường da

Methanol có thể hấp thụ qua da, đặc biệt nếu tiếp xúc lâu hoặc với lượng lớn. Điều này có thể gây nguy hiểm nếu không được bảo vệ.

Tác động của Methanol lên cơ thể

Methanol ảnh hưởng đến cơ thể theo nhiều mức độ, phụ thuộc vào liều lượng và thời gian tiếp xúc:

• Liều lượng gây độc

Liều thấp (hít hoặc tiếp xúc nhẹ): Gây chóng mặt, buồn nôn, và mệt mỏi.
Liều trung bình (tiếp xúc kéo dài hoặc uống 10-30ml): Mờ mắt, mất phương hướng, buồn ngủ, và đau đầu dữ dội.