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【背景及概述】[1][2][3]
乙醇分子式CH3CH2OH，俗稱酒精，簡(jiǎn)稱為醇，去水的稱無(wú)水乙醇。分子量46.07。無(wú)色透明液體。易于揮發(fā)和燃燒。有酒的氣味和刺激性辛辣滋味。純的乙醇比重0.7893。熔點(diǎn)-117.3 ℃，沸點(diǎn)78.4℃，閃燃點(diǎn)9～11℃，凝固點(diǎn)-130℃。溶于水、甲醇、乙醚和氯仿等。吸濕性大，會(huì)從空氣中吸收水分。乙醇具有一般伯醇的化學(xué)性質(zhì)，比較活潑，是有機(jī)合成的重要原料和重要的溶劑。醫(yī)藥業(yè)常以乙醇作為消毒劑和防腐劑。乙醇還廣泛用作飲料和燃料。過(guò)去工業(yè)乙醇中常加入少量毒性物如甲醇等以防止飲用。 乙醇蒸汽能與空氣混合形成爆炸混合物。乙醇屬微毒類。過(guò)量攝入乙醇可致乙醇中毒。其毒性主要是對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用，首先作用于大腦皮質(zhì)，表現(xiàn)為先興奮而后抑制;并繼而作用于皮質(zhì)下中樞和小腦。最后可出現(xiàn)血管運(yùn)動(dòng)中樞和呼吸中樞的抑制。乙醇生產(chǎn)應(yīng)搞好密閉化，加強(qiáng)車間通風(fēng)。飲酒勿過(guò)量?？诜卸据^重者可催吐，忌用嗎啡制劑，必要時(shí)可用1%碳酸氫鈉溶液洗胃，靜脈注射高滲葡萄糖溶液，并給予維生素B1、B6和煙酸，以加速乙醇在體內(nèi)的氧化?；杳哉呖捎眉{絡(luò)酮。嚴(yán)重患者可用血液透析以促進(jìn)體內(nèi)乙醇排出。
【合成】[3][4]
1.乙烯水合法制乙醇：乙烯水合法分為間接水合法和直接水合法。
1）間接水合法由美國(guó)聯(lián)碳公司開(kāi)發(fā)，反應(yīng)分兩步進(jìn)行，先將乙烯在一定溫度、壓力條件下通入濃硫酸中，生成硫酸酯，再將硫酸酯在水解塔中加熱水解而得乙醇，同時(shí)有副產(chǎn)物乙醚生成。間接水合法設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，生產(chǎn)流程長(zhǎng)，已被直接水合法取代。
2）直接水合法由殼牌公司最先開(kāi)發(fā)應(yīng)用，該工藝是在一定條件下，乙烯通過(guò)固體酸催化劑直接與水反應(yīng)生成乙醇，工業(yè)上采用負(fù)載于硅藻土上的磷酸催化劑。乙烯水合法缺乏經(jīng)濟(jì)性，已經(jīng)很少應(yīng)用。
2. 合成氣化學(xué)法合成乙醇：合成氣化學(xué)法合成乙醇已經(jīng)具有很長(zhǎng)的歷史，1920 年就已經(jīng)出現(xiàn)了利用化學(xué)催化的方法利用CO和H2 合成乙醇的方法。制備合成氣是該過(guò)程的重要步驟之一，合成氣可來(lái)源于天然氣轉(zhuǎn)化、煤氣化或生物質(zhì)氣化裝置，也可以來(lái)自鋼廠廢氣，城市生活垃圾也可以經(jīng)氣化制備合成氣。目前普遍研究的合成氣化學(xué)法生產(chǎn)乙醇有2 種方法。一種是甲醇羰基化，利用Co(OAc)-12 催化劑，甲醇與合成氣反應(yīng)制取乙醇，獲得較高的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品選擇性。另一種方法是合成氣在催化劑的作用下直接合成乙醇，美國(guó)聯(lián)碳公司開(kāi)發(fā)的Rh 系催化劑、德國(guó)Hoechst 公司開(kāi)發(fā)的Rh-Mg 系催化劑和法國(guó)IFP 開(kāi)發(fā)的Co-Cu-Cr-堿系催化劑，都取得了一定進(jìn)展。
3. 生物發(fā)酵制燃料乙醇：生物發(fā)酵制燃料乙醇分為生化法和合成氣發(fā)酵2 種。
1）生化法：是目前制取燃料乙醇的最主要方法，近十年以糧食和甘蔗為原料的第1 代燃料乙醇產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。玉米燃料乙醇的生產(chǎn)過(guò)程包括預(yù)處理、脫胚制漿、液化、糖化、發(fā)酵和乙醇蒸餾步驟。早期的糧食乙醇生產(chǎn)工藝存在能耗高、反應(yīng)速度慢和原料利用率低的缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)改進(jìn)，糧食乙醇的效率已經(jīng)得到很大提高。目前美國(guó)大部分乙醇企業(yè)的淀粉轉(zhuǎn)化率已經(jīng)達(dá)到90%～95%，生產(chǎn)1 億加侖燃料乙醇，需要90 萬(wàn)噸玉米，可同時(shí)副產(chǎn)30 萬(wàn)噸動(dòng)物飼料和8500 噸玉米油。糧食乙醇的酶制劑的成本也經(jīng)歷了從高到低的下降過(guò)程，酶制劑在成本中所占比例從30%～40%下降到了5%～10%。諾維信公司（Novozymes）在2012 年推出了Avantec 液化酶，在相同的工藝條件下，可提高乙醇產(chǎn)率2.5%，每生產(chǎn)1 億加侖燃料乙醇可減少糧食消耗2.25 萬(wàn)噸。以甜高粱莖稈和木薯等非糧作物為原料的1.5 代燃料乙醇，主要是利用作物中的糖類物質(zhì)，采用生化工藝，通過(guò)糖發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇。目前，以纖維素和其它廢棄物為原料的第2 代燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)主要有生化法和熱化學(xué)法。纖維素生物發(fā)酵制燃料乙醇的技術(shù)路線包括預(yù)處理、纖維素水解和單糖發(fā)酵3 個(gè)關(guān)鍵步驟。預(yù)處理方法分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法，目的是分離纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，增加纖維素與酶的接觸面積，提高酶解效率。物理方法包括機(jī)械粉碎、蒸汽爆碎、微波輻射和超聲波預(yù)處理；化學(xué)法一般采用酸、堿、次氯酸鈉、臭氧等試劑進(jìn)行預(yù)處理，其中以NaOH 和稀酸預(yù)處理研究較多；物理化學(xué)法包括蒸汽爆破和氨纖維爆破法；生物法是用白腐菌產(chǎn)生的酶類分解木質(zhì)素。這些預(yù)處理方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，今后的主要研究方向是繼續(xù)探索反應(yīng)條件溫和、無(wú)有毒副產(chǎn)物和糖化效率高的預(yù)處理技術(shù)。纖維素酶成本較高的問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)一直是阻礙纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展的障礙。
2）合成氣生物轉(zhuǎn)化乙醇：主要由原料氣化、合成氣預(yù)處理和合成氣發(fā)酵單元構(gòu)成。生物轉(zhuǎn)化所需的合成氣原料與化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程相同，利用能夠以CO 和H2 為底物生長(zhǎng)的微生物，通過(guò)厭氧發(fā)酵將合成氣轉(zhuǎn)化為燃料和化學(xué)品，合成氣生物轉(zhuǎn)化的反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)副產(chǎn)物少、合成氣原料要求低、對(duì)原料氣中的硫化物耐受性強(qiáng)，目前已經(jīng)從自然界分離出了多株適合合成氣發(fā)酵的菌株。
【應(yīng)用】[3][4]
乙醇能溶解許多有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，是廣泛應(yīng)用的溶劑。能燃燒，是常用的燃料。其蒸氣與空氣形成爆炸性混和物，爆炸極限為3.5%～18.0%(體積)。用于制染料、涂料、藥物、合成橡膠、洗滌劑等。工業(yè)上常用作溶劑、防凍劑和燃料；醫(yī)藥上濃度70%或75%的乙醇用于皮膚及器械消毒，60%～95%溶液對(duì)細(xì)菌及大多數(shù)微生物均有殺滅作用，但對(duì)芽胞無(wú)效；70%水溶液殺菌力最強(qiáng)，濃度過(guò)高可使菌體表層蛋白凝固而使乙醇不易向內(nèi)透入，妨礙其殺菌效力，主要用于皮膚及器械消毒；40%～50%的溶液可使血管擴(kuò)張，增加血液循環(huán)，用于久臥病人的防褥瘡；20%～30%乙醇擦浴用于高熱病人物理退熱。此外本品還可作為多種藥物制劑的溶劑。50%用于預(yù)防褥瘡，25～50%用于擦浴退高熱；生活中用于配制酒。
【主要參考資料】
[1] 衛(wèi)生學(xué)大辭典.
[2] 簡(jiǎn)明攝影辭典.
[3] 李振宇, et al. 燃料乙醇發(fā)展現(xiàn)狀及思考.化工進(jìn)展, 2013, 32.7: 1457-1467.
[4] 付暢; 吳方衛(wèi). 我國(guó)燃料乙醇的生產(chǎn)潛力與發(fā)展對(duì)策研究.JOURNAL OF NATURAL RESOURCES, 2014, 29.8.
[5] 常用臨床藥物手冊(cè).