Methanol là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học về Methanol

Methanol là gì?

Methanol, còn được gọi là methyl alcohol, alcohol gỗ hoặc wood spirit, là một hợp chất hóa học có công thức phân tử CH₃OH. Đây là alcohol đơn giản nhất trong nhóm alcohol, gồm một nhóm methyl (CH₃–) liên kết với một nhóm hydroxyl (–OH). Methanol là một chất lỏng không màu, có mùi nhẹ, dễ cháy, dễ bay hơi và có khả năng trộn lẫn hoàn toàn với nước cũng như nhiều dung môi hữu cơ khác.

Methanol được phát hiện lần đầu tiên vào thế kỷ 17 bằng cách chưng cất gỗ khô, và tên gọi "wood alcohol" xuất phát từ phương pháp sản xuất truyền thống này. Ngày nay, phần lớn methanol được sản xuất công nghiệp từ khí tự nhiên.

Tính chất vật lý và hóa học của methanol

Tính chất vật lý

• Công thức hóa học: CH₃OH
• Khối lượng mol: 32,04 g/mol
• Khối lượng riêng: 0,7918 g/cm³ ở 20°C
• Điểm nóng chảy: -97,6°C
• Điểm sôi: 64,7°C
• Áp suất hơi: 127 mmHg ở 25°C
• Hằng số điện môi: 32,6 (ở 20°C)
• Độ nhớt: 0,544 cP ở 20°C

Methanol là chất dẫn điện kém trong trạng thái tinh khiết, nhưng khi pha với nước, độ dẫn điện tăng lên đáng kể.

Tính chất hóa học

Methanol thể hiện tính chất hóa học đặc trưng của nhóm alcohol, bao gồm:

• Phản ứng cháy: Methanol cháy tạo thành carbon dioxide và nước:

$2CH_3OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 4H_2O$

• Phản ứng oxy hóa: Khi oxy hóa nhẹ, methanol chuyển thành formaldehyde (CH₂O); oxy hóa mạnh tạo thành axit formic (HCOOH) hoặc carbon dioxide.
• Phản ứng este hóa: Methanol phản ứng với acid carboxylic để tạo thành este, ví dụ, với axit acetic tạo thành methyl acetate.

Quá trình sản xuất methanol

Ngày nay, gần như toàn bộ methanol trên thị trường được sản xuất thông qua quy trình hai bước từ khí tự nhiên, gồm:

1. Tạo khí tổng hợp (syngas)

Khí tự nhiên (chủ yếu là methane) phản ứng với hơi nước ở nhiệt độ cao (700–1.000°C) trong điều kiện có xúc tác niken để tạo khí tổng hợp chứa CO, CO₂ và H₂:

$CH_4 + H_2O \rightarrow CO + 3H_2$

Phản ứng phụ:

$CO + H_2O \rightarrow CO_2 + H_2$

2. Tổng hợp methanol từ khí tổng hợp

Hỗn hợp khí được nén và đưa qua xúc tác đồng-kẽm oxide (Cu/ZnO/Al₂O₃) ở nhiệt độ 200–300°C và áp suất cao (50–100 atm):

$CO + 2H_2 \rightarrow CH_3OH$

$CO_2 + 3H_2 \rightarrow CH_3OH + H_2O$

Thông tin chi tiết về công nghệ sản xuất hiện đại có thể tham khảo tại Methanol Institute.

Ứng dụng của methanol

Methanol là nguyên liệu quan trọng trong nhiều lĩnh vực:

1. Công nghiệp hóa chất

• Formaldehyde: Khoảng 40% lượng methanol sản xuất toàn cầu dùng để tổng hợp formaldehyde, nguyên liệu sản xuất nhựa, chất kết dính, và vật liệu xây dựng.
• Acid acetic: Methanol là nguyên liệu để sản xuất axit acetic, dùng trong thực phẩm, công nghiệp và dệt may.
• Chất phụ gia nhiên liệu: Methanol được sử dụng để sản xuất methyl tert-butyl ether (MTBE) – phụ gia tăng chỉ số octane cho xăng.

2. Nhiên liệu

• Nhiên liệu trực tiếp: Methanol có thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu động cơ đốt trong hoặc pin nhiên liệu methanol.
• Dimethyl ether (DME): Methanol được chuyển hóa thành DME – một loại nhiên liệu sạch thay thế diesel trong giao thông vận tải.
• Hydrogen carrier: Methanol chứa nhiều hydrogen, nên được xem là "kho chứa hydro" tiện lợi cho các công nghệ năng lượng tái tạo.

Các ứng dụng tiên tiến về methanol như nhiên liệu hàng hải sạch và lưu trữ năng lượng có thể tham khảo thêm tại DNV - Methanol as Marine Fuel.

Độc tính và các biện pháp an toàn

Methanol là một chất độc nguy hiểm. Khi uống, hít phải hoặc tiếp xúc qua da với lượng lớn methanol, nó sẽ chuyển hóa trong cơ thể thành formaldehyde và acid formic – các chất gây tổn thương thần kinh, thậm chí gây tử vong.

Triệu chứng ngộ độc methanol

• Đau đầu, chóng mặt, buồn nôn, suy giảm thị lực.
• Ngộ độc nặng có thể gây mù lòa, tổn thương hệ thần kinh trung ương, tử vong do suy hô hấp.

Xử lý ngộ độc

• Điều trị bằng ethanol hoặc fomepizole, nhằm ức chế enzyme alcohol dehydrogenase.
• Thẩm tách máu để loại bỏ methanol và các sản phẩm chuyển hóa khỏi cơ thể.

Hướng dẫn chi tiết về an toàn hóa chất methanol được cung cấp bởi OSHA - Occupational Safety and Health Administration.

Tương lai của methanol

Trong bối cảnh toàn cầu hóa chuyển dịch sang năng lượng sạch, methanol đang được nghiên cứu và phát triển như một nhiên liệu tái tạo, đặc biệt trong lĩnh vực giao thông vận tải và lưu trữ năng lượng. Các công nghệ sản xuất methanol xanh từ CO₂ và hydrogen tái tạo hứa hẹn sẽ giảm đáng kể lượng khí thải carbon trong tương lai.

Thông tin về xu hướng methanol xanh có thể tham khảo tại International Energy Agency - Renewable Methanol.

Kết luận

Methanol là một hóa chất nền tảng trong công nghiệp hiện đại với phạm vi ứng dụng rộng lớn từ hóa chất, nhiên liệu đến năng lượng sạch. Tuy nhiên, do tính độc hại, việc sử dụng và vận chuyển methanol yêu cầu tuân thủ nghiêm ngặt các biện pháp an toàn. Cùng với sự phát triển của công nghệ xanh, methanol tái tạo đang mở ra cơ hội mới cho một tương lai bền vững và giảm phát thải khí nhà kính.