Kas ir organiskie šķīdinātāji?

Organiskie šķīdinātāji ir šķidri savienojumi uz oglekļa- bāzes, kas spēj izšķīdināt vai izkliedēt citas vielas, tās ķīmiski nemainot. Šie savienojumi satur oglekļa atomus, kas saistīti ar citiem elementiem, piemēram, ūdeņradi, skābekli vai halogēniem, atšķirot tos no neorganiskiem šķīdinātājiem, piemēram, ūdens. Dažādās ķīmisko vielu grupās ir vairāk nekā 200 dažādu organisko šķīdinātāju, un katrs no tiem kalpo specifiskiem rūpnieciskiem un komerciāliem lietojumiem, pamatojoties uz to molekulāro struktūru un fizikālajām īpašībām.

Organisko šķīdinātāju noteicošā iezīme ir to molekulārajā arhitektūrā. Visi organiskie šķīdinātāji satur oglekļa-oglekļa vai oglekļa-ūdeņraža saites kā to strukturālo pamatu. Šis sastāvs, kura pamatā ir ogleklis-, nodrošina tiem unikālas šķīdināšanas spējas, īpaši ne-polārām un vāji polārām vielām, kuras ūdens nespēj efektīvi izšķīdināt.

Organiskajiem šķīdinātājiem piemīt vairākas kopīgas fizikālās īpašības, kas padara tos rūpnieciski vērtīgus. Lielākā daļa no tiem ir gaistoši šķidrumi istabas temperatūrā, kas nozīmē, ka tie viegli iztvaiko. To viršanas temperatūra parasti svārstās no zem 100 grādiem līdz aptuveni 250 grādiem, ar zemāku viršanas temperatūru, kas atbilst lielākai nepastāvībai. Dielektriskā konstante-mēra šķīdinātāja spējai samazināt spēku starp uzlādētajām daļiņām-ir būtiski atšķirīgas starp organiskajiem šķīdinātājiem, tieši ietekmējot to spēju izšķīdināt jonu savienojumus, piemēram, litija sāļus.

Viskozitāte ir vēl viena kritiska īpašība. Zemas-viskozitātes šķīdinātāji ļauj joniem un molekulām brīvāk pārvietoties pa šķīdumu, kas kļūst būtiski svarīgi tādos lietojumos kā litija akumulatoru elektrolīti, kur jonu vadītspēja nosaka veiktspēju. Mijiedarbība starp dielektrisko konstanti un viskozitāti bieži vien prasa šķīdinātāju sajaukšanu ar komplementārām īpašībām, lai sasniegtu optimālus rezultātus.

Ogļūdeņražu šķīdinātāji sastāv tikai no oglekļa un ūdeņraža atomiem. Šie ne-polārie šķīdinātāji lieliski šķīdina eļļas, vaskus, taukus un smērvielas.

Alifātiskie ogļūdeņražiir taisnas vai sazarotas oglekļa ķēdes bez aromātiskiem gredzeniem. Parastie piemēri ir heksāns, heptāns un petrolēteri. Šiem šķīdinātājiem ir ļoti zema polaritāte, augsta nepastāvība, un tie ir ķīmiski stabili, bet viegli uzliesmojoši. Nozares tos izmanto eļļas ekstrakcijai, farmācijas ražošanai, krāsu formulēšanai un līmju ražošanai.

Aromātiskie ogļūdeņražisatur benzola gredzenus, piešķirot tiem īpašas īpašības. Benzols, toluols un ksilols ir visizplatītākie aromātiskie šķīdinātāji. Šiem savienojumiem ir mērena polaritāte, augstāka maksātspēja nekā alifātiskajiem ogļūdeņražiem un raksturīga smaka. To pielietojums aptver rūpniecisko šķīdinātāju izmantošanu krāsās, līmēs, tipogrāfijas krāsās un attaukošanas darbībās. Tomēr vairāki aromātiskie ogļūdeņraži rada būtisku risku veselībai-benzols ir zināms kancerogēns, tāpēc iedarbības ierobežojumi ir stingri reglamentēti.

Ar skābekli bagātināti šķīdinātāji iekļauj skābekļa atomus savā molekulārajā struktūrā, radot polāras īpašības, kas paplašina to šķīdināšanas spējas.

Alkoholisatur hidroksilgrupas (-OH), kas pievienotas oglekļa ķēdēm. Metanols, etanols, izopropanols un butanols tiek plaši izmantoti visās nozarēs. Spirti var izšķīdināt gan polāras, gan dažas nepolāras vielas, padarot tos par daudzpusīgiem šķīdinātājiem. Etanols kalpo kā galvenā sastāvdaļa farmācijā, kosmētikā, smaržās un dezinfekcijas līdzekļos. Rūpnieciskie pielietojumi ietver izmantošanu kā tīrīšanas līdzekli un ķīmisko sintēzi.

Ketoniir karbonilgrupa (C=O), kas saistīta ar diviem oglekļa atomiem. Šajā kategorijā dominē acetons un metiletilketons (MEK). Ketoni ir ļoti polāri, tiem ir lieliska maksātspēja un tie ātri iztvaiko. Acetons parādās nagu lakas noņēmējos, krāsas atšķaidītājos un kā tīrīšanas šķīdinātājs elektronikas ražošanā. Laboratorijās ketoni kalpo kā parastie reakcijas šķīdinātāji.

Esteriveidojas reakcijās starp skābēm un spirtiem. Etilacetāts un metilacetāts bieži tiek izmantoti esteri. Šiem šķīdinātājiem ir patīkama augļu smarža, laba šķīdība pret sveķiem un polimēriem un mērena polaritāte. Pārklājumu rūpniecībā esterus plaši izmanto krāsās un lakās. Pārtikas rūpniecība izmanto noteiktus esterus kā aromatizētājus. Etilacetāts parādās nagu lakas noņēmējos un kā shēmas plates tīrīšanas līdzeklis.

Ēterisatur skābekļa atomu, kas saistīts ar divām oglekļa ķēdēm. Dietilēteris un tetrahidrofurāns (THF) ir svarīgi ēteri laboratorijas un rūpnieciskos apstākļos. Ēteriem parasti ir zema polaritāte un augsta nepastāvība. Lai gan dietilēteris kādreiz kalpoja par parastu anestēzijas līdzekli, tā ārkārtējā uzliesmojamība ierobežoja tā lietošanu. THF joprojām ir populārs polimēru ražošanā un kā laboratorijas reakcijas šķīdinātājs.

Halogenētie šķīdinātāji savā struktūrā iekļauj halogēna atomus (hlora, fluora, broma vai joda). Šiem šķīdinātājiem piemīt izcila šķīdināšanas spēja materiāliem, kas ir izturīgi pret citiem šķīdinātājiem.

Hlorēti šķīdinātājiietver dihlormetānu (metilēnhlorīdu), hloroformu, tetrahloroglekli un trihloretilēnu. Šie savienojumi nav-uzliesmojoši-nozīmīga drošības priekšrocība-, un tiem ir augsta maksātspēja. Metāla attaukošanas operācijas, krāsas noņemšana un ķīmiskā tīrīšana tradicionāli lielā mērā balstījās uz hlorētiem šķīdinātājiem. Tomēr daudzi hlorētie šķīdinātāji ir toksiski, daži ir klasificēti kā kancerogēni vai bīstami reproduktīvajai sistēmai. Oglekļa tetrahlorīds un trihloretilēns saskaras ar stingriem reglamentējošiem ierobežojumiem veselības apdraudējuma un ozona noārdīšanas problēmu dēļ.

Fluorēti šķīdinātājipēdējā laikā ir ieguvuši uzmanību, jo īpaši specializētos lietojumos. Šie savienojumi daudzos gadījumos piedāvā zemāku toksicitāti nekā hlorētas alternatīvas, un tiem ir lieliska ķīmiskā stabilitāte. Akumulatoru rūpniecība ir izrādījusi īpašu interesi par fluorētiem karbonātiem augstsprieguma -litija akumulatoru lietojumos, jo tiem ir augsta oksidācijas stabilitāte.

Karbonātu šķīdinātāji ieņem īpašu vietu, jo tiem ir izšķiroša nozīme mūsdienu enerģijas uzglabāšanā. Šo savienojumu struktūrā ir karbonātu grupa (-O-CO-O-).

Cikliskie karbonātipiemēram, etilēna karbonātam (EC) un propilēnkarbonātam (PC) ir augstas dielektriskās konstantes, bet arī augsta viskozitāte. Etilēna karbonāts, istabas temperatūrā ciets, sajaucoties ar citiem šķīdinātājiem, kļūst šķidrs. Šie savienojumi veido stabilas aizsargplēves uz elektrodu virsmām.

Lineāri karbonātipiemēram, dimetilkarbonātam (DMC), dietilkarbonātam (DEC) un etilmetilkarbonātam (EMC) ir zemāka viskozitāte, bet arī zemākas dielektriskās konstantes. Ciklisko un lineāro karbonātu kombinācija rada elektrolītu šķīdumus ar līdzsvarotām īpašībām.

Sapratnekas ir litija akumulatorstehnoloģija prasa atzīt organisko šķīdinātāju būtisko funkciju šajās enerģijas uzglabāšanas ierīcēs. Litija baterijas pārvērš ķīmisko enerģiju elektroenerģijā, litija jonu kustībā starp elektrodiem. Organiskie šķīdinātāji veido šķidrā elektrolīta pamatu, kas nodrošina šo jonu transportēšanu.

Litija akumulatoru elektrolītos organiskajiem šķīdinātājiem vienlaikus jāatbilst vairākām stingrām prasībām. Viņiem ir vajadzīgas augstas dielektriskās konstantes, lai izšķīdinātu litija sāļus, piemēram, litija heksafluorfosfātu (LiPF₆), tomēr zema viskozitāte, lai nodrošinātu ātru jonu kustību. Tiem jāpaliek elektroķīmiski stabiliem visā akumulatora darbības sprieguma diapazonā, jāiztur sadalīšanās pie abiem elektrodiem un efektīvi jādarbojas plašos temperatūras diapazonos.

Tipisks litija akumulatora elektrolīts sastāv no jauktiem organiskiem šķīdinātājiem. Parastā preparātā etilēnkarbonāts ir apvienots ar dimetilkarbonātu vai dietilkarbonātu noteiktās attiecībās. Etilēna karbonāta augstā dielektriskā konstante efektīvi izšķīdina litija sāļus un veido aizsargājošu cieto elektrolīta starpfāzes (SEI) slāni uz grafīta anoda. Šis SEI slānis novērš turpmāku šķīdinātāja sadalīšanos, vienlaikus nodrošinot litija jonu caurlaidību. Tomēr EK augstā kušanas temperatūra (36 grādi) ir jāsajauc ar šķidriem šķīdinātājiem, piemēram, DMC vai DEC.

Propilēna karbonāts sākotnēji šķita daudzsološs, taču parastos litija{0}}jonu akumulatoros tas izraisa grafīta lobīšanos. Pētnieki to rezervē akumulatoriem, izmantojot alternatīvus anoda materiālus. Lineārie karbonāti, piemēram, DMC un DEC, samazina elektrolīta viskozitāti, uzlabojot jonu vadītspēju un veiktspēju zemā-temperatūrā.

Uzlabotā litija bateriju izstrāde veicina organisko šķīdinātāju inovācijas. Augstsprieguma katoda materiāliem ir nepieciešami šķīdinātāji ar izcilu oksidācijas izturību. Kā kandidāti ir parādījušies fluorēti organiskie šķīdinātāji, kas nodrošina stabilitāti pie potenciāla virs 4,5 V, salīdzinot ar litiju. Šie specializētie šķīdinātāji nodrošina nākamās-paaudzes akumulatorus ar lielāku enerģijas blīvumu.

Kvalitātes prasības akumulatoru{0}}organiskajiem šķīdinātājiem ir ārkārtīgi stingras. Tīrībai jābūt lielākai par 99,9%, mitruma saturam zem 10 daļām uz miljonu. Ūdens piesārņojums izraisa litija sāls hidrolīzi, radot fluorūdeņražskābi, kas pasliktina akumulatora komponentus un samazina veiktspēju. Piemaisījumi samazina oksidācijas potenciālu un apdraud drošību.

Akumulatoru pārstrāde rada papildu izaicinājumus organisko šķīdinātāju pārvaldībai. Izlietotās litija baterijas satur novecojušus elektrolītus ar sadalīšanās produktiem. Šo organisko šķīdinātāju droša ekstrakcija un otrreizēja pārstrāde vai pareiza iznīcināšana novērš vides piesārņojumu un atjauno vērtīgus materiālus.

Organiskie šķīdinātāji parādās praktiski visās rūpniecības nozarēs, un globālais gada patēriņš pārsniedz 28 miljonus tonnu. To spēja izšķīdināt, suspendēt, ekstrahēt vai atšķaidīt citus materiālus, neizraisot ķīmiskas izmaiņas, padara tos neaizstājamus daudzos procesos.

Pārklājumu un krāsu rūpniecība ir lielākais organisko šķīdinātāju patērētājs. Šķīdinātāji izšķīdina sveķus un pigmentus, kontrolē viskozitāti pareizai uzklāšanai un iztvaiko, veidojot viendabīgus pārklājumus. Toluols, ksilols, acetons un dažādi spirti kalpo kā krāsas atšķaidītāji un tīrīšanas līdzekļi krāsošanas iekārtām.

Zāļu izstrādes un ražošanas laikā farmaceitiskā ražošana lielā mērā ir atkarīga no organiskajiem šķīdinātājiem. Šķīdinātāji darbojas kā ķīmiskās sintēzes reakcijas līdzekļi, ekstrakcijas līdzekļi aktīvo savienojumu izolēšanai no dabīgiem avotiem, attīrīšanas līdzekļi kristalizācijas procesos un nesēji preparātos. Etanols, metanols, acetons un dihlormetāns ir vieni no visbiežāk lietotajiem farmaceitiskajiem šķīdinātājiem.

Līmju un hermētiķu sektorā tiek izmantoti organiskie šķīdinātāji, lai kontrolētu konsistenci un nodrošinātu uzklāšanu. Pēc uzklāšanas šķīdinātāja iztvaikošana ļauj līmei sacietēt. Rūpnieciskās līmes, celtniecības hermētiķi un mājsaimniecības līmes satur organiskos šķīdinātājus.

Drukas tintēm ir nepieciešami šķīdinātāji, lai uzturētu pareizu plūstamību un nodrošinātu vienmērīgu izkliedi uz drukas virsmām. Dažādās drukas metodēs-ofseta, fleksogrāfijas, dobspieduma-izmantotas dažādas šķīdinātāju sistēmas, kas optimizētas to īpašajām prasībām. Aromātiskie ogļūdeņraži un esteri parasti parādās tipogrāfijas tintes preparātos.

Ķīmiskās sintēzes operācijās visos mērogos kā reakcijas vidi izmanto organiskos šķīdinātājus. Šķīdinātāji atvieglo reaģentu sajaukšanos, kontrolē reakcijas temperatūru, izmantojot to siltumietilpību, un ietekmē reakcijas ātrumu un selektivitāti. Gan laboratorijas pētnieki, gan rūpnieciskās ķīmiskās rūpnīcas ir atkarīgi no piemērotu šķīdinātāju izvēles veiksmīgai ķīmiskai transformācijai.

Elektronikas rūpniecībā izmanto organiskos šķīdinātājus, lai tīrītu shēmas plates, noņemtu plūsmas atlikumus un attaukotu komponentus. Precīzai tīrīšanai nepieciešami šķīdinātāji, kas pilnībā iztvaiko, neatstājot atlikumus. Izopropanols un specializēti fluorēti šķīdinātāji kalpo šiem lietojumiem.

Personīgās higiēnas un kosmētikas līdzekļos ir iekļauti organiskie šķīdinātāji smaržās, nagu lakās, nagu lakas noņēmējos un dažādos formulēšanas procesos. Šajos patēriņa produktos bieži parādās etanols un etilacetāts.

Ķīmiskās tīrīšanas darbības tradicionāli balstījās uz organiskiem šķīdinātājiem, īpaši perhloretilēnu (tetrahloretilēnu), lai notīrītu smalkus audumus bez ūdens. Vides un veselības apsvērumi ir veicinājuši alternatīvu šķīdinātāju izstrādi šim lietojumam.

Organic Solvents

Organiskie šķīdinātāji rada vairākus veselības apdraudējumus atkarībā no to ķīmiskā sastāva, koncentrācijas, iedarbības ilguma un iedarbības ceļa. Miljoniem darbinieku visā pasaulē savās darba vietās saskaras ar iespējamu šķīdinātāju iedarbību.

Akūtas iedarbības sekasgalvenokārt ietver centrālās nervu sistēmas nomākumu. Īstermiņa iedarbība uz augstu Acu, deguna un rīkles kairinājums parasti rodas, saskaroties ar šķīdinātāja tvaiku. Šīs tūlītējās sekas ātri izzūd pēc iedarbības beigām, taču tās rada tūlītējus drošības apdraudējumus, samazinot spriestspēju un reakcijas laiku.

Hroniska iedarbībaorganisko šķīdinātāju lietošana mēnešiem vai gadiem izraisa nopietnākas sekas veselībai. Ilgstoša iedarbība bojā vairākas orgānu sistēmas:

Nervu sistēma ir īpaši neaizsargāta. Hroniska šķīdinātāja neirotoksicitāte izpaužas kā kognitīvi traucējumi, atmiņas problēmas, personības izmaiņas un samazināta koordinācija. Daži šķīdinātāji-n-heksāns, toluols un stirols-ir apstiprināti neirotoksīni. Stāvoklis var daļēji mainīties, pārtraucot iedarbību, bet smagi gadījumi izraisa neatgriezeniskus bojājumus.

Vairāki organiskie šķīdinātāji ir apstiprināti cilvēku kancerogēni. Benzīns izraisa leikēmiju un asins slimības. Formaldehīds palielina nazofaringijas vēža un leikēmijas risku. Trihloretilēnam un tetrahlorogleklim ir arī kancerogēna klasifikācija.

Ir dokumentēta vairāku šķīdinātāju . 2-etoksietanola un 2-metoksietanola ietekme uz reproduktīvo veselību, kas kaitē gan vīriešu, gan sieviešu auglībai. Grūtniecēm, kas pakļautas augstam šķīdinātāja līmenim, ir paaugstināts spontāno abortu, iedzimtu defektu un mazu dzimšanas svara risks.

Aknu un nieru bojājumus izraisa hroniska daudzu šķīdinātāju iedarbība. Šie orgāni metabolizē šķīdinātājus, padarot tos neaizsargātus pret šķīdinātāju -inducētu toksicitāti. Hlorētie šķīdinātāji īpaši ietekmē aknu darbību.

Darbiniekiem, kuri strādā ar šķīdinātājiem, bieži rodas dermatoloģiska ietekme. Šķīdinātāji noņem dabīgās eļļas no ādas, izraisot sausumu, plaisāšanu un dermatītu. Daži šķīdinātāji iekļūst veselā ādā un nonāk asinsritē, radot iedarbības ceļu ārpus ieelpošanas.

Ekspozīcijas ceļinoteikt ietekmes uz veselību smagumu un veidu. Ieelpošana ir primārais gaistošo organisko šķīdinātāju iedarbības ceļš. Šķīdinātāju tvaiki iekļūst plaušās un ar asinsriti ātri izplatās visā ķermenī. Ādas absorbcija notiek, kad šķidrie šķīdinātāji saskaras ar ādu vai kad darbinieki iegremdē rokas šķīdinātāja vannā. Norīšana, lai arī retāk, notiek ar piesārņotām rokām, pieskaroties pārtikas vai dzeramā traukiem.

Ugunsgrēka un sprādziena briesmasradīt tūlītējas briesmas. Lielākā daļa organisko šķīdinātāju ir viegli uzliesmojoši ar zemu uzliesmošanas temperatūru. Tvaika-gaisa maisījumi uzliesmojošā diapazonā var aizdegties no statiskās elektrības, dzirkstelēm, atklātas liesmas vai karstām virsmām. Pareizai uzglabāšanai ir nepieciešams iezemēt konteinerus, lai novērstu statisko izlādi. Elektroiekārtām vietās, kur intensīvi izmanto šķīdinātājus, jābūt pēc būtības drošām. Darba atļaujas un rūpīga ventilācija ir obligāta pirms jebkāda "karstā darba" šķīdinātāju{6}lietošanas zonās.

Normatīvās iedarbības robežaspalīdzēt aizsargāt darbiniekus. Darba drošības un veselības administrācija (OSHA) nosaka pieļaujamās iedarbības robežas (PEL) daudziem šķīdinātājiem. Nacionālais darba drošības un veselības institūts (NIOSH) publicē ieteicamos iedarbības ierobežojumus (REL). Amerikas valdības industriālo higiēnistu konference (ACGIH) izstrādā sliekšņa robežvērtības (TLV). Šie ierobežojumi nosaka maksimālo koncentrāciju gaisā, kas aprēķināta vidēji astoņu stundu darba maiņās.

Aizsardzības pasākumiir jāievieš visur, kur tiek izmantoti organiskie šķīdinātāji:

Inženiertehniskās vadības ierīces nodrošina pirmo aizsardzības līniju. Atbilstoša ventilācija noņem šķīdinātāja tvaikus to avotā. Vietējās izplūdes sistēmas, dūmu nosūcēji un ventilējamas uzglabāšanas telpas samazina koncentrāciju gaisā. Slēgtas sistēmas samazina šķīdinātāja izdalīšanos.

Individuālie aizsardzības līdzekļi (IAL) ietver ķīmiski -izturīgus cimdus, kas atlasīti konkrētiem šķīdinātājiem, aizsargbrilles vai aizsargbrilles, respiratorus, ja ventilācija izrādās nepietiekama, un aizsargapģērbu. Cimdu izvēlei nepieciešama rūpīga uzmanība,{2}}dažādas šķīdinātāju grupas iekļūst dažādos cimdu materiālos.

Administratīvā kontrole ietver pareizu darba praksi. Darbiniekiem jāizmanto minimāls šķīdinātāja daudzums, konteineriem jābūt aizsegtiem, kad tie netiek izmantoti, jāizvairās no roku mazgāšanas ar šķīdinātājiem, nekavējoties jānomaina ar šķīdinātāju{1}}piesārņotais apģērbs un regulāri jāapmāca par drošas apstrādes procedūrām.

Tradicionālie{0}naftas bāzes organiskie šķīdinātāji ievērojami veicina vides problēmas. To augstā nepastāvība rada ievērojamas emisijas atmosfērā. Gaistošie organiskie savienojumi (GOS), kas izdalās no šķīdinātājiem, piedalās fotoķīmiskā smoga veidošanā un veicina zemes -līmeņa ozona piesārņojumu. 2017. gadā organiskie šķīdinātāji ierindojās starp vislielākajiem ķīmisko vielu emisijām gaisā, ko novērojusi ASV Vides aizsardzības aģentūra.

Nepareiza utilizācija piesārņo augsni un gruntsūdeņus. Daudzi organiskie šķīdinātāji ir izturīgi pret bioloģisko noārdīšanos, ilgstoši saglabājoties vidē. Ūdens ekosistēmām tiek nodarīts īpašs kaitējums, ja šķīdinātāju-piesārņots ūdens nokļūst strautos, upēs vai ezeros. Tradicionālo šķīdinātāju izcelsme, kuras pamatā ir nafta,{4}} arī rada bažas par ilgtspējību, ņemot vērā ierobežotos fosilā kurināmā resursus.

Regulatīvais spiediens pēdējos gados ir pastiprinājies. Eiropas Savienības GOS direktīva ierobežo emisijas atmosfērā. ASV Vides aizsardzības aģentūra nosaka stingrus standartus šķīdinātāju lietošanai, uzglabāšanai un iznīcināšanai. Daudzas jurisdikcijas aizliedz vai stingri ierobežo īpaši bīstamus šķīdinātājus, piemēram, oglekļa tetrahlorīdu un dažus hlorētus savienojumus.

Zaļās ķīmijas principi ir veicinājuši alternatīvu šķīdinātāju izstrādi ar samazinātu ietekmi uz vidi un veselību. Bio-šķīdinātāji, kas iegūti no atjaunojamām izejvielām, piedāvā vienu daudzsološu virzienu.

Etanolsno kukurūzas, cukurniedrēm vai citiem augu avotiem ir visplašāk izmantotais bio{0}}šķīdinātājs. Tā esošā infrastruktūra, pazīstamība un salīdzinoši labdabīgais profils padara to pievilcīgu daudziem lietojumiem. Bio-etanols ir ķīmiski identisks naftas-atvasinātajam etanolam, taču to iegūst no atjaunojamiem resursiem.

Etillaktāts, kas ražots no kukurūzas apstrādes, kalpo kā drošāka alternatīva etilacetātam un acetonam. Šis bio-esteris darbojas efektīvi metāla tīrīšanai, krāsas noņemšanai un kā pārklājuma šķīdinātājs. Tā bioloģiskā noārdīšanās un zemā toksicitāte ir piemērota lietojumiem, kur vides noturība rada bažas.

2-metiltetrahidrofurāns (2-MeTHF), kas iegūts no kukurūzas āboliem un cukurniedru cukurniedres, nodrošina zaļāku alternatīvu dihlormetānam un parastajam tetrahidrofurānam. Šis cikliskais ēteris ir atradis pielietojumu farmaceitiskajā sintēzē un polimēru ražošanā.

Kirēns (dihidrolevoglikozenons)ir nesens jauninājums zaļo šķīdinātāju jomā. Cyrene, kas sintezēts no celulozes atkritumiem gandrīz enerģijas-neitrālā procesā, piedāvā zemu toksicitāti un daudzos lietojumos var aizstāt dimetilformamīdu (DMF) un N-metil-2-pirolidonu (NMP). Tas ir izrādījies efektīvs grafēna ražošanā un oglekļa šķērssavienojuma reakcijās. Cyrene saņēma atzinību ar vairākām balvām par inovācijām un ilgtspējības apliecinājumiem.

Dabiskie dziļie eitektiskie šķīdinātāji (NADES)veido jaunu zaļo šķīdinātāju klasi, kas veidojas, apvienojot tādus dabiskos savienojumus kā holīna hlorīds, urīnviela, glicerīns un organiskās skābes. Šie eitektiskie maisījumi istabas temperatūrā paliek šķidri, neskatoties uz to cietajām sastāvdaļām. NADES piedāvā zemu toksicitāti, bioloģisko noārdīšanos un spēju izšķīdināt dažādas vielas. To pielietojums ietver bioaktīvo savienojumu ekstrakciju no augiem, farmaceitisko sintēzi un analītisko ķīmiju.

Bio{0}}šķīdinātāju tirgus ir ievērojami pieaudzis, un prognozes liecina par nepārtrauktu paplašināšanos. Saskaņā ar Allied Market Research aplēsēm, zaļo un bioloģisko šķīdinātāju tirgū no 2014. gada līdz 2020. gadam būs salikts ikgadējais pieauguma temps par 4,3%. Šo izaugsmi veicina patērētāju pieprasījums pēc videi draudzīgiem produktiem, kā arī normatīvās prasības.

Tomēr zaļie šķīdinātāji saskaras ar izaicinājumiem. Tie vēl nevar aizstāt parastos šķīdinātājus visos lietojumos veiktspējas ierobežojumu vai augstāku izmaksu dēļ. Dažas bio-izejvielas konkurē ar pārtikas ražošanu, radot jautājumus par ilgtspējību. Zaļo šķīdinātāju dzīves cikla -novērtējumā ir jāņem vērā visa to ražošanas ķēde, tostarp lauksaimniecības izejvielas, pārstrādes enerģija un transportēšana.

Neviens šķīdinātājs nav pilnīgi "zaļš" visos kontekstos. Katrs no tiem ir jānovērtē atbilstoši savam konkrētajam pielietojumam, ņemot vērā ražošanas metodes, otrreizējās pārstrādes iespējas, likvidēšanu -nolietotā- un kopējo procesa efektivitāti. Mērķis nav viens universāls zaļš šķīdinātājs, bet gan daudzveidīgs drošāku alternatīvu rīku komplekts, kas piemērots dažādiem lietojumiem.

Lai izvēlētos pareizo organisko šķīdinātāju konkrētam lietojumam, ir jāsabalansē vairāki faktori. Šķīdinātāju izvēles rokasgrāmatas ir izstrādātas, lai palīdzētu ķīmiķiem un inženieriem pieņemt pārdomātus lēmumus.

Šķīdības parametriprognozēt, vai šķīdinātājs izšķīdinās konkrētu materiālu. Princips "līdzīgs izšķīdina līdzīgu" nodrošina sākumpunktu-polārie šķīdinātāji izšķīdina polāros šķīdinātājus, savukārt ne-polārie šķīdinātāji izšķīdina ne-polāras vielas. Hansena šķīdības parametri piedāvā sarežģītāku trīsdimensiju pieeju, sadalot polaritāti dispersijas spēkos, polārajās mijiedarbībās un ūdeņraža saites komponentos.

Reakcijas apsvērumiķīmiskajā sintēzē ietver šķīdinātāja ietekmi uz reakcijas ātrumu, selektivitāti un iznākumu. Šķīdinātāja polaritāte ietekmē reakcijas mehānismus. Protiskie šķīdinātāji (tie, kuriem ir ūdeņraža saites spēja) daudzās reakcijās uzvedas savādāk nekā aprotiskie šķīdinātāji (tie, kuriem nav). Temperatūras prasības var noteikt šķīdinātāja izvēli,{3}}reakcijām paaugstinātā temperatūrā ir nepieciešami augsti verdoši šķīdinātāji, savukārt zemas temperatūras reakcijām ir nepieciešami šķīdinātāji, kas šajās temperatūrās paliek šķidri.

Pakārtotā apstrādeietekmē šķīdinātāja izvēli. Ja produkts ir jāizolē no šķīdinātāja, svarīga ir atdalīšanas vienkāršība. Gaistošie šķīdinātāji nodrošina vienkāršu iztvaikošanu. Nesajaucami šķīdinātāji nodrošina šķidruma -šķidruma ekstrakciju. Dažos procesos tiek pārstrādāti un atkārtoti izmantoti šķīdinātāji, padarot svarīgu stabilitāti un vieglu attīrīšanu.

Vides, veselības un drošības (EHS) profilsmūsdienu šķīdinātāju izvēlē ir liels svars. Tādi rīki kā CHEM21 šķīdinātāja izvēles rokasgrāmata palīdz noteikt drošākas alternatīvas. Šīs rokasgrāmatas šķīdinātājus sarindo vairākās kategorijās: drošība (uzliesmojamība, reaģētspēja), veselība (akūta toksicitāte, hroniska ietekme), vide (noturība, toksiskums ūdenī) un atkritumu apstrādes grūtības.

Ekonomiskie faktoriietver šķīdinātāja izmaksas, kas ir ļoti dažādas, un infrastruktūras prasības. Specializētiem šķīdinātājiem var būt nepieciešams dārgs aprīkojums ierobežošanai vai reģenerācijai. Normatīvās atbilstības izmaksas-atļauju piešķiršana, uzraudzība, ziņošana-pieskaita noteiktu šķīdinātāju lietošanas kopējos izdevumus.

Jauktas šķīdinātāju sistēmasbieži nodrošina labāku veiktspēju nekā atsevišķi šķīdinātāji. Bināri vai trīskomponenti maisījumi var apvienot dažādu šķīdinātāju priekšrocības, vienlaikus samazinot trūkumus. Litija akumulatoru elektrolīti ir šīs pieejas piemērs, sajaucot šķīdinātājus, lai sasniegtu gan augstu dielektrisko konstanti, gan zemu viskozitāti.

Organisko šķīdinātāju tehnoloģija turpina attīstīties, reaģējot uz tehnoloģiskajām prasībām un ilgtspējības prasībām.

Procesi bez šķīdinātāja{0}}ir ideāls mērķis zaļajā ķīmijā. Ja iespējams, šķīdinātāju likvidēšana pilnībā novērš ar tiem saistītos riskus un izmaksas. Cietvielu reakcijas, tīras reakcijas (reaģenti sajaukti bez šķīdinātāja) un mehāniski ķīmiskie procesi veicina šo mērķi. Tomēr daudzām lietojumprogrammām praktiskai ieviešanai joprojām ir nepieciešami šķīdinātāji.

Superkritiskie šķidrumi, īpaši superkritiskais oglekļa dioksīds (scCO₂), piedāvā alternatīvu parastajiem organiskajiem šķīdinātājiem. Virs kritiskās temperatūras un spiediena CO₂ kļūst par šķidrumu, kam ir šķidrumam -līdzīgs blīvums, bet gāzei līdzīga difūzija. ScCO₂ izšķīdina daudzas ne-polāras vielas, nerada toksiskas atliekas un viegli atdalās, samazinot spiedienu. Kafijas rūpniecībā kofeīna samazināšanai izmanto scCO₂. Farmaceitiskajā ekstrakcijā un polimēru apstrādē izmanto arī superkritiskus šķidrumus. Augsta-spiediena iekārtu prasības un ierobežota polaritāte ierobežo plašāku ieviešanu.

Jonu šķidrumisastāv no joniem, kas istabas temperatūrā paliek šķidri. Šos izstrādātos šķīdinātājus var pielāgot konkrētiem lietojumiem, izvēloties atbilstošas katjonu-anjonu kombinācijas. To nenozīmīgais tvaika spiediens novērš atmosfēras emisijas. Tomēr daudziem jonu šķidrumiem ir nezināma toksikoloģija, to sintēze var būt dārga, un to pārstrādājamība ir jānovērtē katrā gadījumā atsevišķi.

Skaitļošanas šķīdinātāju skrīningspaātrina šķīdinātāja izvēli, izmantojot molekulāro modelēšanu un mašīnmācīšanos. Šķīdinātāja īpašību, reakcijas rezultātu un ietekmes uz vidi prognozēšana skaitļošanas ceļā samazina eksperimentālo izmēģinājumu-un-kļūdu skaitu. Šie rīki palīdz identificēt daudzsološus kandidātus no plašām ķīmiskajām telpām.

Fluorēti šķīdinātāji modernām baterijāmpievērst intensīvu pētniecisko uzmanību. Nākamās-paaudzes litija akumulatoriem ar augstāku spriegumu un enerģijas blīvumu ir nepieciešami šķīdinātāji, kas ir stabili virs 4,8 V. Daļēji fluorēti karbonāti un ēteri ir daudzsološi. Trifluoretilmetilkarbonāts un citi fluorēti savienojumi nodrošina augstsprieguma -litija- bagātus katodus un litija metāla anodus.

Šķīdinātāju pārstrāde un reģenerācijatehnoloģijas uzlabo ilgtspējību. Destilācija atdala sajauktos šķīdinātājus, pamatojoties uz viršanas temperatūras atšķirībām. Membrānas atdalīšana, adsorbcija un uzlabotie oksidācijas procesi atgūst un attīra izlietotos šķīdinātājus. Slēgtā cikla sistēmas samazina svaiga šķīdinātāja patēriņu un atkritumu veidošanos.

Organisko šķīdinātāju nozare saskaras ar pastāvīgu spriedzi starp veiktspējas prasībām un ilgtspējības mērķiem. Dažos lietojumos, iespējams, nekad netiks atrastas piemērotas zaļās alternatīvas, tādēļ ir nepieciešams turpināt izmantot tradicionālos šķīdinātājus stingrā kontrolē. Citas lietojumprogrammas tiks pārietas uz bio-pieejām, kas ir mazāk bīstamas vai pilnībā nesatur šķīdinātājus{3}. Trajektorija norāda uz daudzveidīgāku,{5}}lietotnei specifisku šķīdinātāju rīku komplektu, kurā prioritāte ir drošība un atbildība pret vidi.

Struktūras{0}}īpašību attiecību izpēte turpinās, atklājot, kā molekulārā struktūra nosaka šķīdinātāja īpašības. Šīs zināšanas ļauj racionāli izstrādāt jaunus šķīdinātājus, kas optimizēti konkrētiem mērķiem. Zaļās ķīmijas principu, progresīvu raksturošanas metožu un skaitļošanas rīku kombinācija pārveido organisko šķīdinātāju tehnoloģiju 21. gadsimtam.

Organic Solvents

Organiskais šķīdinātājs satur oglekļa atomus kā daļu no tā molekulārās struktūras, kas parasti ir saistīti ar ūdeņraža, skābekļa, slāpekļa vai halogēna atomiem. Tas atšķir organiskos šķīdinātājus no neorganiskiem šķīdinātājiem, piemēram, ūdens (H₂O) vai šķidrā amonjaka, kam trūkst oglekļa. Struktūra, kuras pamatā ir ogleklis-, nodrošina organiskajiem šķīdinātājiem raksturīgo spēju izšķīdināt citus organiskos savienojumus.

Ne visiem organiskajiem šķīdinātājiem ir vienāds toksicitātes līmenis. Toksicitāte krasi atšķiras atkarībā no ķīmiskās struktūras. Etanols uzrāda salīdzinoši zemu toksicitāti, un tas parādās dzērienos un medikamentos. Turpretim benzols ir ļoti toksisks un kancerogēns. Oglekļa tetrahlorīds izraisa smagus aknu bojājumus. Katram šķīdinātājam ir nepieciešams individuāls veselības apdraudējumu novērtējums, izmantojot drošības datu lapas un normatīvās vadlīnijas.

Jā, daudzus organiskos šķīdinātājus var pārstrādāt, izmantojot destilāciju, kas atdala sastāvdaļas, pamatojoties uz dažādiem viršanas punktiem. Ķīmiskās rūpniecības uzņēmumi regulāri reģenerē un atkārtoti izmanto šķīdinātājus, lai samazinātu izmaksas un ietekmi uz vidi. Pārstrādes iespējamība ir atkarīga no šķīdinātāja veida, tīrības prasībām un piesārņojuma līmeņa. Dažiem lietojumiem ir nepieciešami neapstrādāti šķīdinātāji, savukārt citi pieņem pārstrādātus materiālus.

Litija akumulatoriem ir nepieciešami organiskie šķīdinātāji, jo litijs spēcīgi reaģē ar ūdeni, padarot ūdens elektrolītus neiespējamus. Organiskie karbonātu šķīdinātāji izšķīdina litija sāļus, saglabājot elektroķīmiski stabilitāti visā akumulatora sprieguma diapazonā. Tie arī veido aizsargplēves uz elektrodiem, kas novērš turpmāku sadalīšanos. Etilēna karbonāta īpašā kombinācija ar lineārajiem karbonātiem nodrošina optimālu jonu vadītspējas un elektrodu aizsardzības līdzsvaru.

Organiskie šķīdinātāji ir šķidrumi uz oglekļa{0}} bāzes, kas ir būtiski dažādās nozarēs, sākot no farmācijas līdz elektronikai, ar vairāk nekā 200 atšķirīgu savienojumu, kas kalpo specializētiem lietojumiem.

Veselības un drošības riski būtiski atšķiras starp organiskajiem šķīdinātājiem, sākot no relatīvi labdabīga etanola līdz kancerogēnam benzolam, tādēļ ir nepieciešama stingra iedarbības kontrole un atbilstoši aizsardzības līdzekļi

Litija akumulatoru tehnoloģija ir ļoti atkarīga no organiskiem karbonātu šķīdinātājiem, kas izšķīdina litija sāļus, vada jonus starp elektrodiem un veido aizsargplēves, kas nodrošina ilgu akumulatora darbības laiku.

Zaļās alternatīvas, tostarp šķīdinātāji, kuru pamatā ir bio{0}}, dabiski dziļi eitektiskie šķīdinātāji un fluorēti savienojumi, pakāpeniski aizstāj bīstamos no naftas{1}}atvasinātos šķīdinātājus.

Šķīdinātāja izvēlei nepieciešams līdzsvarot vairākus faktorus, tostarp šķīdināšanas jaudu, drošības profilu, ietekmi uz vidi, izmaksas un lietojuma {0}īpašās veiktspējas prasības.