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二甲醚
來源:互聯網

二甲醚(Methoxymethane)是一種有機化合物,又叫甲醚、氧化二甲、木醚、DME,化學式為C?H?O,本身為無色氣體,可溶于水,具有類似乙醚的氣味,摩爾質量為46.07g/摩爾沸點24.82°C,閃點為-3.89℃,熔點為-141.5℃,其密度為0.61g/cm3,蒸汽壓為2.128mmHg。二甲醚易燃燒,燃燒時有輕微發光的火焰,本身不具有腐蝕性,并且不易被氧化,可以和三氧化硫生產硫酸二甲酯。并且合成方法多種多樣,可以利用合成氣法、生物質化法等方法合成,。二甲醚也可用于制得清潔能源、化工領域等。

發現歷史

1975年人們在高壓生產甲醇時意外發現了二甲醚,二甲醚可以通過對粗甲醇重蒸來回收,后來人們研究出使用酸性催化劑使用甲醇制備二甲醚。

理化性質

物理性質

二甲基二氯硅烷醚又叫甲醚、氧化二甲、木醚、DME,結構式為CH?OCH?,是一種有機化合物,本身為無色氣體,可溶于水,具有類似乙醚的氣味,摩爾質量為46.07g/摩爾沸點24.82℃,閃點為-3.89℃,熔點為-141.5℃,其相對于水的密度為0.61,相對于空氣的蒸汽密度為1.6,蒸汽壓為2.128mmHg。

化學性質

氧化反應

二甲醚易燃燒,燃燒時有輕微發光的火焰,本身不具有腐蝕性。并且二甲醚在催化劑作用下,可以和氧氣發生反應生成甲醛。

羰基化反應

二甲醚可以和一氧化碳發生基化反應,生成乙酸甲酯乙酸酐,其中乙酸甲水解后生成乙酸。

藕聯反應

二甲醚作為醚類物質,其容易與自身或者和其同系物發生藕聯反應。

其他反應

二甲醚本身不容易發生氧化,但可以和三氧化硫生產硫酸二甲酯。二甲醚還可以在催化劑作用下和苯發生烷基化反應,但該反應主要生成的是甲苯二甲苯均三甲苯混合物,且其產物類型受催化劑影響。

制備方法

甲醇脫水法

二氧化碳可以和氫氣反應生成甲醇,通過甲醇自身合成制備二甲醚。可以通過利用一種透水分子篩膜反應器來制備二甲醚,即通過催化劑使甲醇脫水制得二甲醚。

合成氣法

通過控制CuZnAl催化劑體系中硅的占比,可以利用合成氣即一氧化碳和氫氣直接制備二甲醚。二甲醚還可以由在工業生產中的煤氣合成,這些煤氣主要成分為甲烷、一氧化碳和氫氣,在工業上可以將這些煤氣壓縮燃燒轉化為合成氣,對這些氣體進行雜質處理后可以在特定條件下反應合成甲醇,而通過甲醇液相脫水或氣相脫水可進一步生成二甲醚,這種方法操作簡單,產品純度高。制備二甲醚除化學方法外,還可以通過利用玉米秸稈、其他農業秸稈稻秸、麥秸等材料,進行粉碎發酵,使之發酵產生廢氣,在將廢氣通過技術手段分離得到合成氣,將合成氣通過冷卻壓縮后通過合成氣法制備二甲醚的方法。

應用

燃料領域

工業燃料

二甲醚作為一種來源廣泛,簡單易得的產物,可以通過二甲醚來獲得清潔燃料氫氣。同時二甲醚生產氫氣的技術還可以應用在燃料電池領域,可以通過將該反應進行小型化,使的燃料電池中二甲醚制備氫氣得到更優的產氫比,從而產生更大更大的電能,更加便于燃料電池在車載化中使用。

二甲醚也可以直接應用于燃料電池,通過將二甲醚與氧氣發生電催化反應而供電,相較于使用甲醇反應來說,二甲醚具有更加優異的效果,二甲醚應用的燃料電池使用更加高效,并且電池壽命也會得到延長。

二甲醚還可以代替乙炔氣運用在切割焊接領域,更加節能環保。二甲醚代替乙炔作為切割燃料,與以乙炔為燃料的切割設備完全相同,并且切割性能好,切割面光滑,不需要進行拋光打磨,可節省大量人力。

民用燃料

由于二甲醚有與液化石油氣相似的物理性質,同時又具有完全燃燒及污染物少等因素,二甲醚同樣也是一種新興能源,其完全可以作為石油液化氣的替代能源來使用,研究表明通過對液化氣燃具進行改造,液化氣燃具可以繼續應用于二甲醚燃料的使用。在達到同樣的燃燒效果時,在燃料的使用方面二甲醚是要低于液化氣的,二甲醚的傳熱效果要更強。

發動機燃料

二甲醚同樣可以作為一種輔助燃料為發動機燃燒提供更清潔的能源,新一代的二甲醚-柴油發動機便是利用這一特點,利用二甲醚和柴油的混合使用,可以使發動機內燃料達到更好的燃燒排放效果,同時對環境的污染也更小。

化工生產

可以利用合成氣和二甲醚在催化劑作用下來生產乙醇,乙醇作為一種重要的化工原料,在很多方面均有應用,并且可以通過進一步開發出更加優良的催化劑,以實現二甲醚和合成氣對于乙醇的一步制備。

在適宜的催化位點可以利用二甲醚直接氧化得到聚甲氧基二甲醚碳納米管作為一種選擇性催化劑,其在二甲醚選擇氧化上具有一定優勢,其可以在活性組分Ti(SO?)?的修飾下,完成二甲醚高效制備聚甲氧基二甲醚二聚化物。由于其良好的水溶性、油溶性,使得其應用范圍大大優于丙烷、丁烷等石油化學品。代替甲醇用作甲醛生產的新原料,可以明顯降低甲醛生產成本,在大型甲醛裝置中更顯示出其優越性。

其他

氣霧推進劑

現在氣霧劑是以碳氫化合物為主,在這種氣霧劑中可以摻雜一些二甲醚作為混合溶劑,使得碳氫化物更好的相容,同時也可以使的氣霧劑達到更好的氣霧效果。同時對于氣霧劑來說,單獨使用二甲醚作為氣霧劑效果會更加良好,并且二甲醚還可以應用在日用化妝品等方面。

制冷劑

尋找新型的更加具有環保潛力的制冷劑一直是各國的訴求,而二甲醚作為一種極易獲得的清潔能源,無疑是作為制冷劑的更好選擇。通過研究表明,二甲醚與現有的制冷劑制冷效果相當,并且與制冷劑CFC12相比,在冰箱運行相同時間內,二甲醚制冷劑更加節能,且冰箱的各項運行參數也符合國家標準,這表明二甲醚作為制冷劑是可行的。

醫藥拋射劑

傳統拋射劑是使用氟利昂做為材料使用,并且在很多領域均有應用,但利昂對大氣中的臭氧層具有一定破壞作用,所以已經禁止使用,研究證實,二甲醚可以作為一種新的拋射劑材料應用于醫藥領域,并已經成功研制出了新一代的環保型表面麻醉藥物———利多卡因氣霧劑。

溶脹劑

亞臨界二甲醚可以作為一種溶脹劑來使用,通過其高傳質和高溶解的特性,同時利用偶氮二異丁腈作為引發劑,可以在聚丙烯上結合一些特定的活性位點,使得聚丙烯更具功能化。

安全事宜

消防相關

二甲醚屬高度易燃物,接觸空氣或在光照條件下可生成具有潛在爆炸危險性的過氧化物,當含有過氧化物的醚被加熱(蒸餾)時,也可以引爆燃物,爆炸極限為2%-50%。發生火災應及時切斷氣源,若火勢得不到控制,則應將周圍環境可燃物清離,使火焰自行燃盡。其他情況用干粉、二氧化碳滅火。

環境相關

二甲醚雖然是一種清潔能源,但其在生產過程中卻容易造成水體污染,可以采用以微氧/好氧/富氧生物活性炭為主的組合工藝,對污水進行處理,實驗證明經這種工藝處理后的廢水,出水水質可以達到國家一級排放標準的要求,在許多方面均能夠應用。

健康相關

二甲醚屬低毒類化學品。在常溫常壓下是一種極易燃燒的氣體、無腐蝕性,但吸入會引起人體咳嗽、咽喉痛,嚴重可使人意識模糊、神志不清等。因為二甲醚熔沸點較低,液體二甲醚與皮膚接觸容易引起凍傷,可使人眼睛疼痛、發紅。

急救措施

眼部接觸:在將患者運送到醫療機構之前或期間,應先使用大量的水沖洗眼睛。

皮膚接觸:應佩戴保溫手套,注意保暖。

吸入過多:將患者轉移到空地,注意人員是否密集,注意通風,局部排氣通風或呼吸防護。

誤食:工作時不得進食,飲水或吸煙。

儲存運輸

存放應與氧化性材料分離,應存放在密閉容器中,保持環境陰涼、干燥且通風良好,避免陽光直射,遠離熱源和明火。

二甲醚小批量產品用鋼瓶包裝運輸,鋼瓶質量和充裝應符合規定,大批量產品采用液化罐車運輸。裝有二甲醚的鋼瓶和液化罐車為壓力容器,在運輸及裝卸過程中嚴禁煙火、撞擊、摔落和曝曬。包裝和貯存容器內保持正壓,防止空氣進入。

參考資料 >

二甲醚.國際化學品安全卡.2023-02-08

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中華人民共和國行業標準:二甲醚(HG/T3934-2007).中華人民共和國國家發展和改革委員會.2023-02-12

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