甲醇(Methanol)又稱羥基甲烷,是一種有機化合物,有毒。是結構最為簡單的飽和一元醇。其化學式為CH3OH/CH4O,其中CH3OH是結構簡式,能突出甲醇的羥基,CAS號為67-56-1,分子量為32.04,沸點為64.7℃。因在乾餾木材中首次發現,故又稱“木醇”或“木精”。人口服中毒最低劑量約為100mg/kg體重,經口攝入0.3~1g/kg可致死。用於製造甲醛和農藥等,並用作有機物的萃取劑和酒精的變性劑等。成品通常由一氧化碳與氫氣反應制得。
中文名
甲醇
外文名
methanol
別名
羥基甲烷、木醇、木精
化學式
結構簡式CH3OH;分子式CH4O
分理化性質
物理性質
1.性狀:無色透明液體,有刺激性氣味。
2.熔點(℃):-97.8
3.沸點(℃):64.7
4.相對密度(水=1):0.79
5.相對蒸氣密度(空氣=1):1.1
6.飽和蒸氣壓(kPa):12.3(20℃)
7.燃燒熱(kJ/mol):723
8.臨界溫度(℃):240
9.臨界壓力(MPa):7.95
10.辛醇/水分配係數:-0.82~-0.77
11.閃點(℃):8(CC);12.2(OC)
12.自燃溫度(℃):436
13.爆炸上限(%):36.5
14.爆炸下限(%):6
15.溶解性:與水互溶,可混溶於醇類、乙醚等多數有機溶劑。
16.折射率(N/D,20℃):1.3284
17.黏度(mPa·s,25℃):0.5525
18.蒸發熱(KJ/mol,b.p.):35.295
19.熔化熱(KJ/kg):98.81
20.比熱容:KJ/(kg·K),20℃,定壓:2.51
21.沸點上升常數:0.785
22.電導率(S/m,25℃):1.5×10-9
23.熱導率(W/(m·K),30℃):21.3527
24.體膨脹係數(K,20℃):0.00119
25.臨界密度(g/cm):0.273
26.臨界體積(cm/mol):117
27.臨界壓縮因子:0.223
28.偏心因子:0.566
29.Lennard-Jones引數:3.8632(A);419.86(K)
30.溶度引數(J/cm):29.532
31.van der Waals體積(cm/mol):21.710
32.氣相標準燃燒熱(焓)(kJ/mol):764.9
33.氣相標準生成熱(焓)( kJ/mol) :-201.5
34.氣相標準熵(J·mol-1/K) :239.88
35.氣相標準生成自由能( kJ/mol):-161.6
36.氣相標準熱熔(J·mol-1/K):44.06
37.液相標準燃燒熱(焓)(kJ/mol):-726.9
38.液相標準生成熱(焓)( kJ/mol):-239.1
39.液相標準熵(J·mol-1/K) :127.24
40.液相標準生成自由能( kJ/mol):-166.88
41.液相標準熱熔(J·mol-1/K):81.4[1]
化學性質
甲醇由甲基和羥基組成的,具有醇所具有的化學性質。
甲醇可以與氟氣、氧氣等氣體發生反應,在純氧中劇烈燃燒,生成水蒸氣和二氧化碳
2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O
而且,甲醇還可以發生氨化反應(370℃~420℃)
NH3+CH3OH→CH3NH2+H2O
NH3+2CH3OH→(CH3)2NH+2H2O
NH3+3CH3OH→(CH3)3N+3H2O
甲醇也可在空氣中燃燒:2CH4O+3O2=燃燒=2CO2+4H2O
甲醇具有飽和一元醇的通性,由於只有一個碳原子,因此有其特有的反應。例如
① 與氯化鈣形成結晶狀物質CaCl2·4CH3OH,與氧化鋇形成BaO·2CH3OH的分子化合物並溶解於甲醇中;類似的化合物有MgCl2·6CH3OH、CuSO4·2CH3OH、CH3OK·CH3OH、AlCl3·4CH3OH、AlCl3·6CH3OH、AlCl3·10CH3OH等
4CH3OH+CaCl2→CaCl2·4CH3OH
2CH3OH+BaO→2CH3OH·BaO
② 與其他醇不同,由於-CH2OH基與氫結合,氧化時生成的甲酸進一步氧化為CO2
2CH3OH+O2→2HCHO+2H2O
2HCHO+O2→2HCOOH
2HCOOH+O2→2H2O+2CO2
③ 甲醇與氯、溴不易發生反應,但易與其水溶液作用,最初生成二氯甲醚(CH2Cl)2O,因水的作用轉變成HCHO與HCl
2CH3OH+2Cl2=(CH2Cl)2O+H2O+2HCl
(CH2Cl)2O+H2O=2HCHO+2HCl
④ 與鹼、石灰一起加熱,產生氫氣並生成甲酸鈉
CH3OH+NaOH→HCOONa+2H2
⑤ 與鋅粉一起蒸餾,發生分解,生成CO和H2O
製備方法
合成法
1.甲醇的生產,主要是合成法,合成的化學反應式為:
2H2+CO→CH3OH[3]
2.將合成後的粗甲醇,經預精餾脫除甲醚。(高壓法最先實現工業合成的方法,但因其能耗大,加工複雜,材質要求苛刻,產品中副產物多,由ICI低壓和中壓法及Lurgi低壓和中壓法取代。工業上合成甲醇幾乎全部採用一氧化碳加壓催化加氫的方法,工藝過程包括造氣、合成淨化、甲醇合成和粗甲醇精餾等工序。)
3.將粗甲醇淨化,淨化過程包括精餾和化學處理。化學處理主要用鹼破壞在精餾過程中難以分離的雜質,並調節pH值;精餾主要是脫除易揮發組分如二甲醚,以及難揮發的乙醇、高碳醇和水。粗餾後的純度一般都可達到98%以上。
4.將工業甲醇用精餾的方法將含水量降到0.01%以下。再用次碘酸鈉處理,可除去其中的丙酮。經精餾得純品甲醇。
5.BV-Ⅲ級甲醇的製備主要採用精餾工藝。以工業甲醇為原料,經精餾、超淨過濾、超淨分裝,得高純甲醇產品。一般均以工業甲醇為原料,經常壓蒸餾除去水分,控制塔頂64~65℃,過濾除去不溶物即可。[1]
乾餾法
最早是用木材乾餾法生產甲醇,故甲醇也叫木醇。其中自然遊離狀態的甲醇非常的少,故這種方法既浪費木材,產品又含有丙酮等雜質,並且很難除去。因為這種方法不能滿足需要,1924年以後,人們開始逐漸停止使用這個方法。[4]
應用領域
1、基本有機原料之一,用於製造氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多種有機產品。也是農藥(殺蟲劑、殺蟎劑)、醫藥(磺胺類、合黴素等)的原料,合成對苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯的原料之一。[5]
2、甲醇的主要應用領域是生產甲醛,甲醛可用來生產膠粘劑,主要用於木材加工業,其次是用作模塑膠、塗料、紡織物及紙張等的處理劑。
3、甲醇另一主要用途是生產醋酸。醋酸消費約佔全球甲醇需求的7%,可生產醋酸乙烯、醋酸纖維和醋酸酯等,其需求與塗料、粘合劑和紡織等方面的需求密切相關。
4、甲醇可用於製造甲酸甲酯,甲酸甲酯可用於生產甲酸、甲醯胺和其他精細化工產品,還可用作殺蟲劑、殺菌劑、熏蒸劑、菸草處理劑和汽油新增劑。
5、甲醇也可製造甲胺,甲胺是一種重要的脂肪胺,以液氮和甲醇為原料,可透過加工分立為一甲胺、二甲胺、三甲胺,是基本的化工原料之一。
6、可合成為碳酸二甲酯,是一種環保產品,應用於醫藥、農業和特種行業等。
7、可合成為乙二醇,是石化中間原料之一,可用於生產聚酯和防凍劑。
8、可用於製造生長促進劑。可以使作物大量增產,保持枝葉鮮嫩、茁壯茂盛、在夏天也不會枯萎,可大量減少灌溉用水,有利於旱地作物的生長。
9、可合成甲醇蛋白,以甲醇為原料經微生物發酵生產的甲醇蛋白被稱為第二代單細胞蛋白,與天然蛋白相比,營養價值更高,粗蛋白含量比魚粉和大豆高得多,而且含有豐富的氨基酸、礦物質和維生素,可以代替魚粉、大豆、骨粉、肉類和脫脂奶粉。[6]
10、甲醇用作清洗去油劑,MOS級主要用於分立器件,中、大規模積體電路,BV-Ⅲ級主要用於超大規模積體電路工藝技術。
11、用作分析試劑,如作溶劑、甲基化試劑、色譜分析試劑。還用於有機合成。
12、通常甲醇是一種比乙醇更好的溶劑,可以溶解許多無機鹽。亦可摻入汽油作替代燃料使用。20世紀80年代以來,甲醇用於生產汽油辛烷值新增劑甲基叔丁基醚、甲醇汽油、甲醇燃料,以及甲醇蛋白等產品,促進了甲醇生產的發展和市場需要。
13、甲醇不僅是重要的化工原料,而且還是效能優良的能源和車用燃料。甲醇與異丁烯反應得到MTBE(甲基叔丁基醚),它是高辛烷值無鉛汽油新增劑,亦可用作溶劑。除此之外,還可制烯烴和丙烯,解決資源短缺問題。
14、甲醇可用於生產二甲醚,二甲醚除了在日用化工、製藥、農藥、染料、塗料等方面有廣泛的用途,還具有方便清潔、十六烷值高、動力效能好、汙染少。易加壓為液體、易儲存等燃料效能。甲醇和二甲醚按一定比例配製而成的新型液體燃料稱為醇醚燃料。它的燃燒效率和熱效率均高於液化氣。[7]
甲醇(Methanol)又稱羥基甲烷,是一種有機化合物,有毒。是結構最為簡單的飽和一元醇。其化學式為CH3OH/CH4O,其中CH3OH是結構簡式,能突出甲醇的羥基,CAS號為67-56-1,分子量為32.04,沸點為64.7℃。因在乾餾木材中首次發現,故又稱“木醇”或“木精”。人口服中毒最低劑量約為100mg/kg體重,經口攝入0.3~1g/kg可致死。用於製造甲醛和農藥等,並用作有機物的萃取劑和酒精的變性劑等。成品通常由一氧化碳與氫氣反應制得。
中文名
甲醇
外文名
methanol
別名
羥基甲烷、木醇、木精
化學式
結構簡式CH3OH;分子式CH4O
分理化性質
物理性質
1.性狀:無色透明液體,有刺激性氣味。
2.熔點(℃):-97.8
3.沸點(℃):64.7
4.相對密度(水=1):0.79
5.相對蒸氣密度(空氣=1):1.1
6.飽和蒸氣壓(kPa):12.3(20℃)
7.燃燒熱(kJ/mol):723
8.臨界溫度(℃):240
9.臨界壓力(MPa):7.95
10.辛醇/水分配係數:-0.82~-0.77
11.閃點(℃):8(CC);12.2(OC)
12.自燃溫度(℃):436
13.爆炸上限(%):36.5
14.爆炸下限(%):6
15.溶解性:與水互溶,可混溶於醇類、乙醚等多數有機溶劑。
16.折射率(N/D,20℃):1.3284
17.黏度(mPa·s,25℃):0.5525
18.蒸發熱(KJ/mol,b.p.):35.295
19.熔化熱(KJ/kg):98.81
20.比熱容:KJ/(kg·K),20℃,定壓:2.51
21.沸點上升常數:0.785
22.電導率(S/m,25℃):1.5×10-9
23.熱導率(W/(m·K),30℃):21.3527
24.體膨脹係數(K,20℃):0.00119
25.臨界密度(g/cm):0.273
26.臨界體積(cm/mol):117
27.臨界壓縮因子:0.223
28.偏心因子:0.566
29.Lennard-Jones引數:3.8632(A);419.86(K)
30.溶度引數(J/cm):29.532
31.van der Waals體積(cm/mol):21.710
32.氣相標準燃燒熱(焓)(kJ/mol):764.9
33.氣相標準生成熱(焓)( kJ/mol) :-201.5
34.氣相標準熵(J·mol-1/K) :239.88
35.氣相標準生成自由能( kJ/mol):-161.6
36.氣相標準熱熔(J·mol-1/K):44.06
37.液相標準燃燒熱(焓)(kJ/mol):-726.9
38.液相標準生成熱(焓)( kJ/mol):-239.1
39.液相標準熵(J·mol-1/K) :127.24
40.液相標準生成自由能( kJ/mol):-166.88
41.液相標準熱熔(J·mol-1/K):81.4[1]
化學性質
甲醇由甲基和羥基組成的,具有醇所具有的化學性質。
甲醇可以與氟氣、氧氣等氣體發生反應,在純氧中劇烈燃燒,生成水蒸氣和二氧化碳
2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O
而且,甲醇還可以發生氨化反應(370℃~420℃)
NH3+CH3OH→CH3NH2+H2O
NH3+2CH3OH→(CH3)2NH+2H2O
NH3+3CH3OH→(CH3)3N+3H2O
甲醇也可在空氣中燃燒:2CH4O+3O2=燃燒=2CO2+4H2O
甲醇具有飽和一元醇的通性,由於只有一個碳原子,因此有其特有的反應。例如
① 與氯化鈣形成結晶狀物質CaCl2·4CH3OH,與氧化鋇形成BaO·2CH3OH的分子化合物並溶解於甲醇中;類似的化合物有MgCl2·6CH3OH、CuSO4·2CH3OH、CH3OK·CH3OH、AlCl3·4CH3OH、AlCl3·6CH3OH、AlCl3·10CH3OH等
4CH3OH+CaCl2→CaCl2·4CH3OH
2CH3OH+BaO→2CH3OH·BaO
② 與其他醇不同,由於-CH2OH基與氫結合,氧化時生成的甲酸進一步氧化為CO2
2CH3OH+O2→2HCHO+2H2O
2HCHO+O2→2HCOOH
2HCOOH+O2→2H2O+2CO2
③ 甲醇與氯、溴不易發生反應,但易與其水溶液作用,最初生成二氯甲醚(CH2Cl)2O,因水的作用轉變成HCHO與HCl
2CH3OH+2Cl2=(CH2Cl)2O+H2O+2HCl
(CH2Cl)2O+H2O=2HCHO+2HCl
④ 與鹼、石灰一起加熱,產生氫氣並生成甲酸鈉
CH3OH+NaOH→HCOONa+2H2
⑤ 與鋅粉一起蒸餾,發生分解,生成CO和H2O
製備方法
合成法
1.甲醇的生產,主要是合成法,合成的化學反應式為:
2H2+CO→CH3OH[3]
2.將合成後的粗甲醇,經預精餾脫除甲醚。(高壓法最先實現工業合成的方法,但因其能耗大,加工複雜,材質要求苛刻,產品中副產物多,由ICI低壓和中壓法及Lurgi低壓和中壓法取代。工業上合成甲醇幾乎全部採用一氧化碳加壓催化加氫的方法,工藝過程包括造氣、合成淨化、甲醇合成和粗甲醇精餾等工序。)
3.將粗甲醇淨化,淨化過程包括精餾和化學處理。化學處理主要用鹼破壞在精餾過程中難以分離的雜質,並調節pH值;精餾主要是脫除易揮發組分如二甲醚,以及難揮發的乙醇、高碳醇和水。粗餾後的純度一般都可達到98%以上。
4.將工業甲醇用精餾的方法將含水量降到0.01%以下。再用次碘酸鈉處理,可除去其中的丙酮。經精餾得純品甲醇。
5.BV-Ⅲ級甲醇的製備主要採用精餾工藝。以工業甲醇為原料,經精餾、超淨過濾、超淨分裝,得高純甲醇產品。一般均以工業甲醇為原料,經常壓蒸餾除去水分,控制塔頂64~65℃,過濾除去不溶物即可。[1]
乾餾法
最早是用木材乾餾法生產甲醇,故甲醇也叫木醇。其中自然遊離狀態的甲醇非常的少,故這種方法既浪費木材,產品又含有丙酮等雜質,並且很難除去。因為這種方法不能滿足需要,1924年以後,人們開始逐漸停止使用這個方法。[4]
應用領域
1、基本有機原料之一,用於製造氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多種有機產品。也是農藥(殺蟲劑、殺蟎劑)、醫藥(磺胺類、合黴素等)的原料,合成對苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯的原料之一。[5]
2、甲醇的主要應用領域是生產甲醛,甲醛可用來生產膠粘劑,主要用於木材加工業,其次是用作模塑膠、塗料、紡織物及紙張等的處理劑。
3、甲醇另一主要用途是生產醋酸。醋酸消費約佔全球甲醇需求的7%,可生產醋酸乙烯、醋酸纖維和醋酸酯等,其需求與塗料、粘合劑和紡織等方面的需求密切相關。
4、甲醇可用於製造甲酸甲酯,甲酸甲酯可用於生產甲酸、甲醯胺和其他精細化工產品,還可用作殺蟲劑、殺菌劑、熏蒸劑、菸草處理劑和汽油新增劑。
5、甲醇也可製造甲胺,甲胺是一種重要的脂肪胺,以液氮和甲醇為原料,可透過加工分立為一甲胺、二甲胺、三甲胺,是基本的化工原料之一。
6、可合成為碳酸二甲酯,是一種環保產品,應用於醫藥、農業和特種行業等。
7、可合成為乙二醇,是石化中間原料之一,可用於生產聚酯和防凍劑。
8、可用於製造生長促進劑。可以使作物大量增產,保持枝葉鮮嫩、茁壯茂盛、在夏天也不會枯萎,可大量減少灌溉用水,有利於旱地作物的生長。
9、可合成甲醇蛋白,以甲醇為原料經微生物發酵生產的甲醇蛋白被稱為第二代單細胞蛋白,與天然蛋白相比,營養價值更高,粗蛋白含量比魚粉和大豆高得多,而且含有豐富的氨基酸、礦物質和維生素,可以代替魚粉、大豆、骨粉、肉類和脫脂奶粉。[6]
10、甲醇用作清洗去油劑,MOS級主要用於分立器件,中、大規模積體電路,BV-Ⅲ級主要用於超大規模積體電路工藝技術。
11、用作分析試劑,如作溶劑、甲基化試劑、色譜分析試劑。還用於有機合成。
12、通常甲醇是一種比乙醇更好的溶劑,可以溶解許多無機鹽。亦可摻入汽油作替代燃料使用。20世紀80年代以來,甲醇用於生產汽油辛烷值新增劑甲基叔丁基醚、甲醇汽油、甲醇燃料,以及甲醇蛋白等產品,促進了甲醇生產的發展和市場需要。
13、甲醇不僅是重要的化工原料,而且還是效能優良的能源和車用燃料。甲醇與異丁烯反應得到MTBE(甲基叔丁基醚),它是高辛烷值無鉛汽油新增劑,亦可用作溶劑。除此之外,還可制烯烴和丙烯,解決資源短缺問題。
14、甲醇可用於生產二甲醚,二甲醚除了在日用化工、製藥、農藥、染料、塗料等方面有廣泛的用途,還具有方便清潔、十六烷值高、動力效能好、汙染少。易加壓為液體、易儲存等燃料效能。甲醇和二甲醚按一定比例配製而成的新型液體燃料稱為醇醚燃料。它的燃燒效率和熱效率均高於液化氣。[7]