مونو اتیلن گلیکولMonoethylene glycol

مونو اتیلن گلیکول (MEG)

اتیلن گلیکول (نام  آیوپاک: اتان-1،2-دیول) که به اختصار به صورت  EG نشان داده می شود، یک ترکیب آلی یا یک دیول ویسینال با فرمول ₂(CH2OH) است. عمدتا برای دو منظور، به عنوان ماده اولیه در ساخت الیاف پلی استر و در فرمولاسیون ضد یخ استفاده می شود،. این مایع بی بو، بی رنگ، شیرین مزه، سمی و چسبناک است.

مسیرهای صنعتی تولید مونو اتیلن گلیکول (MEG):

اتیلن گلیکول از تبدیل اتیلن (اتن) به اکسید اتیلن  و در نهایت واکنش اتیلن اکسید با آب  ایجاد می شود:

این واکنش می تواند توسط اسیدها یا بازها کاتالیز شود یا در pH خنثی در دمای بالا رخ دهد. بیشترین بازده اتیلن گلیکول در pH اسیدی یا خنثی با مقدار زیادی آب رخ می دهد. در این شرایط می توان اتیلن گلیکول با بازده 90 درصد به دست آورد. محصولات جانبی اصلی عبارتند از الیگومرهای دی اتیلن گلیکول، تری اتیلن گلیکول و تترااتیلن گلیکول. جداسازی این الیگومرها از آب انرژی بر است. سالانه حدود 6.7 میلیون تن تولید می شود.

انتخاب پذیری بالاتر با استفاده از فرآیند امگا شل به دست می آید. در فرآیند امگا، اتیلن اکسید ابتدا با دی اکسید کربن CO₂ به کربنات اتیلن تبدیل می شود. سپس این حلقه در مرحله دوم با یک کاتالیزور پایه هیدرولیز می شود تا مونو اتیلن گلیکول را با گزینش پذیری 98 درصد تولید کند. دی اکسید کربن در این مرحله دوباره آزاد می شود و می تواند به مدار فرآیند برگردانده شود. دی اکسید کربن بخشی از تولید اکسید اتیلن است که در آن بخشی از اتیلن به طور کامل اکسید می شود. اتیلن گلیکول از مونوکسید کربن در کشورهایی با ذخایر زغال سنگ زیاد و مقررات زیست محیطی سخت گیرانه تری تولید می شود.

کاربردهای مونو اتیلن گلیکول (MEG) :

1- کاربرد مونو اتیلن گلیکول به عنوان خنک کننده و عامل انتقال حرارت

عمده استفاده از اتیلن گلیکول به عنوان یک عامل ضد یخ در خنک کننده های خودروها و سیستم های تهویه مطبوع است که یا چیلر یا هواگیرها را در بیرون قرار می دهند یا باید زیر دمای انجماد آب خنک شوند. در سیستم های گرمایش/خنک کننده زمین گرمایی، اتیلن گلیکول سیالی است که گرما را با استفاده از پمپ حرارتی زمین گرمایی منتقل می کند.

اتیلن گلیکول خالص دارای ظرفیت گرمایی ویژه تقریباً نصف آب است. بنابراین، در حالی که محافظت در برابر یخ زدگی و افزایش نقطه جوش را فراهم می کند، اتیلن گلیکول ظرفیت گرمایی ویژه مخلوط های آب را نسبت به آب خالص کاهش می دهد. یک مخلوط 1:1 بر حسب جرم، ظرفیت گرمایی ویژه ای در حدود  J/(kg.°C)3140 دارد، که سه چهارم آب خالص است.

مخلوط اتیلن گلیکول با آب مزایای بیشتری را برای محلول های خنک کننده و ضد یخ فراهم می کند، مانند جلوگیری از خوردگی و اثر تخریب کنندگی اسید حاصل، و همچنین مهار رشد بیشتر میکروب ها و قارچ ها. مخلوط اتیلن گلیکول و آب گاهی اوقات به طور غیر رسمی در صنعت به عنوان مخلوط یا محلول گلیکول نامیده می شود.

2- کاربرد مونو اتیلن گلیکول به عنوان ضد یخ

مونو اتیلن گلیکول خالص در حدود 12- درجه سانتیگراد منجمد می شود، اما وقتی با آب مخلوط می شود، مخلوط در دمای پایین تری یخ می زند. به عنوان مثال، مخلوطی از 60٪ اتیلن گلیکول و 40٪ آب در دمای 45- درجه سانتیگراد منجمد می شود. دی اتیلن گلیکول رفتار مشابهی دارد. اما در مخلوط های بسیار غلیظ، انحراف از رفتار محلول ایده آل به دلیل تأثیر نیروهای بین مولکولی انتظار می رود. توجه به این نکته مهم است که اگرچه آب خالص و مقطر ظرفیت گرمایی ویژه بیشتری نسبت به هر مخلوط ضد یخ و آب دارد. ضد یخ های تجاری نیز معمولاً حاوی یک افزودنی ضد خوردگی برای جلوگیری از خوردگی مجاری خنک کننده توسط آب خالص در موتور، سرسیلندر، پمپ آب و رادیاتور هستند.

بسته به اینکه اتیلن گلیکول یا پروپیلن گلیکول باشد، نسبت اختلاط تفاوت دارد. برای اتیلن گلیکول، نسبت اختلاط معمولاً 30/70 و 35/65 است، در حالی که نسبت اختلاط پروپیلن گلیکول معمولاً 35/65 و 40/60 است. مهم است که مخلوط در کمترین دمای عملیاتی ضد یخ باشد.

به دلیل کاهش دماهای انجماد، اتیلن گلیکول به عنوان مایع یخ زدایی برای شیشه جلو هواپیما، به عنوان ضد یخ در موتورهای خودرو، و به عنوان جزئی از مخلوط های انجماد (ضد کریستالیزاسیون) برای حفظ بافت ها و اندام های بیولوژیکی در دمای پایین استفاده می شود.

استفاده از اتیلن گلیکول نه تنها نقطه انجماد مخلوط های آبی را کاهش می دهد، بلکه نقطه جوش آنها را نیز افزایش می دهد. این باعث می شود که محدوده دمای عملیاتی برای سیالات انتقال حرارت در هر دو انتهای مقیاس دما گسترش یابد. افزایش دمای جوش به این دلیل است که اتیلن گلیکول خالص دارای نقطه جوش بسیار بالاتر و فشار بخار کمتر از آب خالص است، همانطور که در اکثر مخلوط های دوتایی مایعات فرار معمول است.

3- کابرد مونو اتیلن گلیکول به عنوان پیش ساز پلیمرها

در صنعت پلاستیک، اتیلن گلیکول یک پیش ساز مهم برای الیاف و رزین های پلی استر است. پلی اتیلن ترفتالات که برای ساخت بطری های پلاستیکی نوشابه استفاده می شود از اتیلن گلیکول تهیه می شود. اتیلن گلیکول یکی از پیش سازهای پلی اتیلن ترفتالات است که سالانه در مقیاس چند میلیون تنی تولید می شود.

4- استفاده های دیگر از مونو اتیلن گلیکول

عامل آبگیر

اتیلن گلیکول در صنعت گاز طبیعی برای حذف بخار آب از گاز طبیعی قبل از پردازش بیشتر، استفاده می شود.

مهار هیدرات

اتیلن گلیکول به دلیل نقطه جوش بالا و میل ترکیبی آن به آب، یک خشک کننده مفید است. اتیلن گلیکول به طور گسترده ای برای جلوگیری از تشکیل کلترات گاز طبیعی (هیدرات ها) در خطوط لوله چند فازی طولانی استفاده می شود که گاز طبیعی را از میدان های گازی دورافتاده به تاسیسات پردازش گاز می رساند. اتیلن گلیکول را می توان از گاز طبیعی بازیابی کرد و پس از تصفیه که آب و نمک های معدنی را حذف می کند، به عنوان یک مهار کننده  مجددا استفاده کرد.

گاز طبیعی توسط اتیلن گلیکول کم آب می شود. در این کاربرد، اتیلن گلیکول از بالای یک برج به پایین جریان می‌یابد و با مخلوطی از بخار آب و گازهای هیدروکربنی برخورد می‌کند. گاز خشک از بالای برج خارج می شود. گلیکول و آب جدا می شوند و گلیکول بازیافت می شود. به جای حذف آب، از اتیلن گلیکول نیز می توان برای کاهش دمایی که در آن هیدرات ها تشکیل می شوند، استفاده کرد. خلوص مونو اتیلن گلیکول مورد استفاده برای دهیدراته کردن معمولاً حدود 80٪ است در حالی که خلوص تری اتیلن گلیکول مورد استفاده برای آبگیری معمولاً 95 تا بیش از 99٪ است.

کاربردهای جزئی اتیلن گلیکول شامل ساخت خازن ها به عنوان یک واسطه شیمیایی در ساخت 1،4-دیوکسان، به عنوان یک افزودنی برای جلوگیری از خوردگی در سیستم های خنک کننده مایع برای رایانه های شخصی و داخل دستگاه های لنز از نوع لوله اشعه کاتدی است. اتیلن گلیکول نیز در ساخت برخی از واکسن ها استفاده می شود، اما خود در این تزریق ها وجود ندارد. این ماده به عنوان یک ماده جزئی (1-2%) در جلا دهنده کفش و همچنین در برخی از جوهرها و رنگها استفاده می شود.

اتیلن گلیکول به عنوان یک درمان پوسیدگی و قارچی برای چوب، هم به عنوان پیشگیرانه و هم به عنوان یک درمان بعد از این واقعیت استفاده می شود. در چند مورد برای درمان اشیاء چوبی نیمه پوسیده برای نمایش در موزه ها استفاده شده است. این یکی از معدود درمان هایی است که در مقابله با پوسیدگی در قایق های چوبی موفق بوده و نسبتاً ارزان است. اتیلن گلیکول همچنین ممکن است یکی از مواد جزئی در محلول های تمیز کننده صفحه نمایش، همراه با ماده اصلی ایزوپروپیل الکل باشد.

اتیلن گلیکول معمولاً به عنوان یک نگهدارنده برای نمونه های بیولوژیکی، به ویژه در مدارس راهنمایی در حین تشریح به عنوان جایگزین ایمن تر برای فرمالدئید استفاده می شود. همچنین به عنوان بخشی از سیال هیدرولیک مبتنی بر آب برای کنترل تجهیزات تولید نفت و گاز زیر دریا استفاده می شود.اتیلن گلیکول به عنوان یک گروه محافظ در سنتز آلی برای محافظت از ترکیبات کربونیل مانند کتون ها و آلدئیدها استفاده می شود.

دی اکسید سیلیکون در رفلاکس گرم شده تحت دی نیتروژن با اتیلن گلیکول و یک پایه فلز قلیایی واکنش نشان می دهد تا سیلیکات های بسیار واکنش پذیر تولید کند که دسترسی به طیف گسترده ای از ترکیبات جدید سیلیکونی را فراهم می کند. سیلیکات ها اساساً در همه حلال های قطبی به جز متانول نامحلول هستند. همچنین می توان از آن در ساخت واکسن یا به عنوان جایگزین فرمالدئید در هنگام نگهداری نمونه های بیولوژیکی استفاده کرد.

سمیت (مسمومیت با مونو اتیلن گلیکول)

اتیلن گلیکول سمیت بالایی در پستانداران دارد که تقریباً برابر با متانول است، با LD=786 mg/kg خوراکی برای انسان. خطر عمده به دلیل طعم شیرین آن است که می تواند کودکان و حیوانات را جذب کند. پس از مصرف، اتیلن گلیکول به اسید گلیکولیک اکسید می شود که به نوبه خود به اسید اگزالیک که سمی است اکسید می شود. این و محصولات جانبی سمی آن ابتدا سیستم عصبی مرکزی و سپس قلب و در نهایت کلیه ها را تحت تأثیر قرار می دهد. مصرف مقادیر کافی در صورت عدم درمان کشنده است. سالانه چندین مرگ تنها در ایالات متحده ثبت می شود.

محصولات ضد یخ برای مصارف خودرویی حاوی پروپیلن گلیکول به جای اتیلن گلیکول موجود است. به طور کلی استفاده از آنها بی خطرتر در نظر گرفته می شود، زیرا پروپیلن گلیکول چندان خوش طعم نیست و در بدن به اسید لاکتیک، محصول طبیعی متابولیسم و ​​ورزش، تبدیل می شود.

استرالیا، بریتانیا و هفده ایالت آمریکا (از سال 2012) نیاز به افزودن طعم دهنده تلخ (بنزوات دناتونیوم) به ضد یخ دارند. در دسامبر 2012، تولیدکنندگان ضد یخ ایالات متحده به طور داوطلبانه موافقت کردند که طعم تلخی را به تمام ضدیخ هایی که در بازار مصرف ایالات متحده فروخته می شود، اضافه کنند.

تاثیرات محیطی مونو اتیلن گلیکول

اتیلن گلیکول یک ماده شیمیایی با حجم بالا است. در حدود 10 روز در هوا و در عرض چند هفته در آب یا خاک تجزیه می شود. از طریق پراکندگی محصولات حاوی اتیلن گلیکول، به ویژه در فرودگاه ها، که در یخ زدایی باندها و هواپیماها استفاده می شود، وارد محیط می شود. در حالی که دوزهای پایین طولانی مدت اتیلن گلیکول هیچ سمیتی نشان نمی دهد، در دوزهای کشنده برابر یا بیشتر از 1000 میلی گرم بر کیلوگرم در روز اتیلن گلیکول به عنوان یک تراتوژن عمل می کند. بر اساس یک پایگاه داده نسبتاً گسترده، تغییرات و ناهنجاری‌های اسکلتی را در موش‌ها ایجاد می‌کند.