Mitä orgaaniset liuottimet ovat?

Orgaaniset liuottimet ovat hiili{0}}pohjaisia nestemäisiä yhdisteitä, jotka pystyvät liuottamaan tai dispergoimaan muita aineita muuttamatta niitä kemiallisesti. Nämä yhdisteet sisältävät hiiliatomeja sitoutuneena muihin alkuaineisiin, kuten vetyyn, happeen tai halogeeneihin, mikä erottaa ne epäorgaanisista liuottimista, kuten vedestä. Yli 200 erilaista orgaanista liuotinta on olemassa useissa kemikaaliryhmissä, joista jokainen palvelee tiettyjä teollisia ja kaupallisia sovelluksia molekyylirakenteensa ja fysikaalisten ominaisuuksiensa perusteella.

Orgaanisten liuottimien määrittävä piirre on niiden molekyyliarkkitehtuuri. Kaikki orgaaniset liuottimet sisältävät hiili-hiili- tai hiili-vetysidoksia rakenteellisena runkokautensa. Tämä hiili-pohjainen koostumus antaa niille ainutlaatuiset liukenemisominaisuudet, erityisesti ei--polaarisille ja heikosti polaarisille aineille, joita vesi ei pysty liuottamaan tehokkaasti.

Orgaanisilla liuottimilla on useita yhteisiä fysikaalisia ominaisuuksia, jotka tekevät niistä teollisesti arvokkaita. Useimmat ovat haihtuvia nesteitä huoneenlämpötilassa, mikä tarkoittaa, että ne haihtuvat helposti. Niiden kiehumispisteet vaihtelevat tyypillisesti alle 100 asteesta noin 250 asteeseen, ja alhaisemmat kiehumispisteet vastaavat suurempaa haihtuvuutta. Dielektrisyysvakio-mitta liuottimen kyvystä vähentää varautuneiden hiukkasten välistä voimaa-vaihtelee merkittävästi orgaanisten liuottimien välillä, mikä vaikuttaa suoraan niiden kykyyn liuottaa ionisia yhdisteitä, kuten litiumsuoloja.

Viskositeetti on toinen kriittinen ominaisuus. Matala-viskositeettiset liuottimet mahdollistavat ionien ja molekyylien liikkumisen vapaammin liuoksen läpi, mikä on välttämätöntä sovelluksissa, kuten litiumakkuelektrolyyteissä, joissa ioninjohtavuus määrää suorituskyvyn. Dielektrisyysvakion ja viskositeetin välinen vuorovaikutus vaatii usein liuottimien sekoittamista, joilla on toisiaan täydentäviä ominaisuuksia optimaalisten tulosten saavuttamiseksi.

Hiilivetyliuottimet koostuvat yksinomaan hiili- ja vetyatomeista. Nämä ei--polaariset liuottimet liuottavat erinomaisesti öljyjä, vahoja, rasvoja ja rasvoja.

Alifaattiset hiilivedytniissä on suorat tai haaroittuneet hiiliketjut ilman aromaattisia renkaita. Yleisiä esimerkkejä ovat heksaani, heptaani ja petrolieetteri. Näillä liuottimilla on erittäin alhainen napaisuus, korkea haihtuvuus ja ne ovat kemiallisesti stabiileja, mutta erittäin syttyviä. Teollisuus käyttää niitä öljyn uuttamiseen, lääkkeiden valmistukseen, maalien formulointiin ja liimojen tuotantoon.

Aromaattiset hiilivedytsisältävät bentseenirenkaita rakenteessa, mikä antaa niille erottuvia ominaisuuksia. Bentseeni, tolueeni ja ksyleeni ovat yleisimpiä aromaattisia liuottimia. Näillä yhdisteillä on kohtalainen polaarisuus, korkeampi liukenemiskyky kuin alifaattisilla hiilivedyillä ja tyypillisiä hajuja. Niiden sovellukset kattavat teollisen liuotinkäytön maaleissa, liimoissa, painomusteissa ja rasvanpoistotoiminnoissa. Useat aromaattiset hiilivedyt sisältävät kuitenkin merkittäviä terveysriskejä-bentseeni on tunnettu syöpää aiheuttava aine, joten altistumisrajoja säännellään tiukasti.

Hapetetut liuottimet sisällyttävät happiatomeja molekyylirakenteeseensa luoden polaarisia ominaisuuksia, jotka laajentavat niiden liukenemiskykyä.

Alkoholitsisältävät hiiliketjuihin kiinnittyneitä hydroksyyliryhmiä (-OH). Metanolia, etanolia, isopropanolia ja butanolia käytetään laajasti teollisuudessa. Alkoholit voivat liuottaa sekä polaarisia että joitakin ei--polaarisia aineita, mikä tekee niistä monipuolisia liuottimia. Etanoli toimii keskeisenä ainesosana lääkkeissä, kosmetiikassa, hajuvedissä ja desinfiointiaineissa. Teollisiin sovelluksiin kuuluu käyttö puhdistusaineena ja kemiallisessa synteesissä.

Ketonitsisältää karbonyyliryhmän (C=O), joka on sitoutunut kahteen hiiliatomiin. Asetoni ja metyylietyyliketoni (MEK) johtavat tähän luokkaan. Ketonit ovat erittäin polaarisia, niillä on erinomainen liukoisuus ja ne haihtuvat nopeasti. Asetonia esiintyy kynsilakanpoistoaineissa, maalin ohentimissa ja puhdistusliuottimena elektroniikan valmistuksessa. Laboratorioissa ketonit toimivat yleisinä reaktioliuottimina.

Esteritmuodostuu happojen ja alkoholien välisissä reaktioissa. Etyyliasetaattia ja metyyliasetaattia käytetään usein estereinä. Näillä liuottimilla on miellyttävä hedelmäinen tuoksu, hyvä liuotinaine hartseille ja polymeereille ja kohtalainen napaisuus. Pinnoiteteollisuus käyttää estereitä laajasti maaleissa ja lakoissa. Elintarviketeollisuus käyttää tiettyjä estereitä aromiaineina. Etyyliasetaattia esiintyy kynsilakanpoistoaineissa ja piirilevyn puhdistusaineena.

Eetteritsisältävät happiatomin sitoutuneena kahteen hiiliketjuun. Dietyylieetteri ja tetrahydrofuraani (THF) edustavat tärkeitä eettereitä laboratorio- ja teollisuusympäristöissä. Eettereillä on tyypillisesti alhainen polariteetti ja korkea haihtuvuus. Vaikka dietyylieetteri oli aikoinaan yleinen anestesia, sen äärimmäinen syttyvyys rajoitti sen käyttöä. THF on edelleen suosittu polymeerituotannossa ja laboratorioreaktioliuottimena.

Halogenoidut liuottimet sisältävät halogeeniatomeja (kloori, fluori, bromi tai jodi) rakenteisiinsa. Näillä liuottimilla on poikkeuksellinen liukenemiskyky materiaaleille, jotka vastustavat muita liuottimia.

Klooratut liuottimetNäitä ovat dikloorimetaani (metyleenikloridi), kloroformi, hiilitetrakloridi ja trikloorietyleeni. Nämä yhdisteet eivät ole -syttyviä-, mikä on merkittävä turvallisuusetu-, ja niillä on korkea liukenemiskyky. Metallin rasvanpoisto, maalinpoisto ja kuivapesu ovat perinteisesti riippuvaisia klooratuista liuottimista. Monet klooratut liuottimet ovat kuitenkin myrkyllisiä, ja jotkut luokitellaan syöpää aiheuttaviksi tai lisääntymiselle vaarallisiksi. Hiilitetrakloridia ja trikloorietyleeniä koskevat tiukat rajoitukset terveysriskien ja otsonikatoa koskevien huolenaiheiden vuoksi.

Fluoratut liuottimetovat saaneet huomiota viime aikoina erityisesti erikoissovelluksissa. Nämä yhdisteet tarjoavat monissa tapauksissa alhaisemman myrkyllisyyden kuin klooratut vaihtoehdot ja niillä on erinomainen kemiallinen stabiilisuus. Akkuteollisuus on osoittanut erityistä kiinnostusta fluoratuista karbonaateista korkeajännitelitiumparistosovelluksissa niiden erinomaisen hapettumiskestävyyden vuoksi.

Karbonaattiliuottimilla on erityinen asema, koska niillä on kriittinen rooli nykyaikaisessa energian varastoinnissa. Nämä yhdisteet sisältävät rakenteessa karbonaattiryhmän (−O−CO−O−).

Sykliset karbonaatitkuten eteenikarbonaatilla (EC) ja propyleenikarbonaatilla (PC) on korkeat dielektrisyysvakiot, mutta myös korkea viskositeetti. Eteenikarbonaatti, kiinteä huoneenlämpötilassa, muuttuu nestemäiseksi, kun se sekoitetaan muiden liuottimien kanssa. Nämä yhdisteet muodostavat stabiileja suojakalvoja elektrodien pinnoille.

Lineaariset karbonaatitkuten dimetyylikarbonaatilla (DMC), dietyylikarbonaatilla (DEC) ja etyylimetyylikarbonaatilla (EMC) on alhaisempi viskositeetti, mutta myös pienemmät dielektrisyysvakiot. Syklisten ja lineaaristen karbonaattien yhdistelmä luo elektrolyyttiliuoksia, joilla on tasapainoiset ominaisuudet.

Ymmärtäminenmikä on litiumakkuteknologia edellyttää orgaanisten liuottimien olennaisen toiminnan tunnistamista näissä energian varastointilaitteissa. Litiumparistot muuttavat kemiallista energiaa sähköenergiaksi litiumioniliikkeellä elektrodien välillä. Orgaaniset liuottimet muodostavat perustan nestemäiselle elektrolyytille, joka mahdollistaa tämän ionien kuljetuksen.

Litiumakkuelektrolyyteissä orgaanisten liuottimien on täytettävä useita vaativia vaatimuksia samanaikaisesti. Ne tarvitsevat korkeat dielektrisyysvakiot litiumsuolojen, kuten litiumheksafluorifosfaatin (LiPF₆) liuottamiseen, mutta silti alhaisen viskositeetin mahdollistaakseen nopean ioniliikkeen. Niiden tulee pysyä sähkökemiallisesti vakaina akun käyttöjännitealueella, vastustaa hajoamista molemmilla elektrodeilla ja toimia tehokkaasti laajoilla lämpötila-alueilla.

Tyypillinen litiumakkuelektrolyytti koostuu orgaanisten liuottimien sekoituksista. Yleinen formulaatio yhdistää eteenikarbonaatin dimetyylikarbonaatin tai dietyylikarbonaatin kanssa tietyissä suhteissa. Eteenikarbonaatin korkea dielektrisyysvakio liuottaa litiumsuolat tehokkaasti ja muodostaa suojaavan kiinteän elektrolyytin välivaiheen (SEI) kerroksen grafiittianodille. Tämä SEI-kerros estää liuottimen lisähajoamisen sallien samalla litiumionien kulkeutumisen. EC:n korkea sulamispiste (36 astetta) edellyttää kuitenkin sekoittamista nestemäisten liuottimien, kuten DMC:n tai DEC:n, kanssa.

Propyleenikarbonaatti vaikutti aluksi lupaavalta, mutta aiheuttaa grafiitin kuoriutumista tavanomaisissa litium-ioni-akuissa. Tutkijat varaavat sen akuille, joissa käytetään vaihtoehtoisia anodimateriaaleja. Lineaariset karbonaatit, kuten DMC ja DEC, vähentävät elektrolyytin viskositeettia, parantaen ioninjohtavuutta ja suorituskykyä alhaisessa-lämpötilassa.

Edistyksellinen litiumparistokehitys ajaa orgaanisten liuottimien innovaatioita. Korkeajännitteiset katodimateriaalit vaativat liuottimia, joilla on erinomainen hapettumiskestävyys. Fluoratut orgaaniset liuottimet ovat nousseet esiin ehdokkaina, jotka tarjoavat stabiiliutta yli 4,5 V:n jännitteissä litiumiin verrattuna. Nämä erikoisliuottimet mahdollistavat seuraavan-sukupolven akkujen, joiden energiatiheys on suurempi.

Akkulaatuisten{0}}orgaanisten liuottimien laatuvaatimukset ovat poikkeuksellisen tiukat. Puhtaus on yli 99,9 % kosteuspitoisuuden ollessa alle 10 miljoonasosaa. Veden saastuminen aiheuttaa litiumsuolan hydrolyysiä, jolloin muodostuu fluorivetyhappoa, joka heikentää akun osia ja heikentää suorituskykyä. Epäpuhtaudet alentavat hapettumispotentiaalia ja vaarantavat turvallisuuden.

Akkujen kierrätys asettaa lisähaasteita orgaanisten liuottimien hallinnassa. Käytetyt litiumakut sisältävät vanhentuneita elektrolyyttejä ja hajoamistuotteita. Näiden orgaanisten liuottimien turvallinen uuttaminen ja joko kierrätys tai asianmukainen hävittäminen estää ympäristön saastumisen ja hyödyntää arvokkaita materiaaleja.

Orgaanisia liuottimia esiintyy käytännöllisesti katsoen kaikilla teollisuuden aloilla, ja niiden maailmanlaajuinen vuosikulutus on yli 28 miljoonaa tonnia. Niiden kyky liuottaa, suspendoida, uuttaa tai laimentaa muita materiaaleja aiheuttamatta kemiallisia muutoksia tekee niistä korvaamattomia monissa prosesseissa.

Pinnoite- ja maaliteollisuus on suurin orgaanisten liuottimien kuluttaja. Liuottimet liuottavat hartseja ja pigmenttejä, säätelevät viskositeettia oikeaa levitystä varten ja haihtuvat jättäen tasaiset pinnoitteet. Tolueeni, ksyleeni, asetoni ja erilaiset alkoholit toimivat maalin ohenteina ja maalauslaitteiden puhdistusaineina.

Lääkevalmistus riippuu voimakkaasti orgaanisista liuottimista koko lääkekehityksen ja -tuotannon ajan. Liuottimet toimivat reaktioväliaineina kemiallisessa synteesissä, uuttoaineina aktiivisten yhdisteiden eristämiseen luonnollisista lähteistä, puhdistusaineina kiteytysprosesseissa ja kantajina formulaatioissa. Etanoli, metanoli, asetoni ja dikloorimetaani ovat yleisimmin käytettyjä farmaseuttisia liuottimia.

Liima- ja tiivisteteollisuudessa käytetään orgaanisia liuottimia konsistenssin säätelyyn ja levittämisen mahdollistamiseen. Levityksen jälkeen liuotin haihtuu, jolloin liima kovettuu. Teolliset liimat, rakennustiivisteet ja kotitalousliimat sisältävät kaikki orgaanisia liuottimia.

Painomusteet vaativat liuottimia säilyttääkseen oikean juoksevuuden ja varmistaakseen tasaisen jakautumisen painopinnoilla. Erilaiset painomenetelmät-offset-, flekso-, syväpaino-käyttävät erilaisia liuotinjärjestelmiä, jotka on optimoitu niiden erityistarpeisiin. Aromaattisia hiilivetyjä ja estereitä esiintyy yleisesti painomusteen koostumuksissa.

Kemialliset synteesioperaatiot kaikissa asteikoissa käyttävät orgaanisia liuottimia reaktioväliaineina. Liuottimet helpottavat lähtöaineiden sekoittumista, säätelevät reaktiolämpötiloja lämpökapasiteetin kautta ja vaikuttavat reaktionopeuksiin ja selektiivisyyteen. Sekä laboratoriotutkijat että teollisuuskemian tehtaat ovat riippuvaisia sopivien liuottimien valinnasta onnistuneisiin kemiallisiin muutoksiin.

Elektroniikkateollisuudessa käytetään orgaanisia liuottimia piirilevyjen puhdistamiseen, sulatejäämien poistoon ja komponenttien rasvanpoistoon. Tarkkuuspuhdistus vaatii liuottimia, jotka haihtuvat kokonaan jättämättä jäämiä. Isopropanoli ja erikoistuneet fluoratut liuottimet palvelevat näitä sovelluksia.

Henkilökohtaiset hygieniatuotteet ja kosmetiikka sisältävät orgaanisia liuottimia hajuvedessä, kynsilakassa, kynsilakanpoistoaineissa ja erilaisissa formulointiprosesseissa. Etanolia ja etyyliasetaattia esiintyy usein näissä kulutustuotteissa.

Kemiallinen pesu perustui perinteisesti orgaanisiin liuottimiin, erityisesti perkloorietyleeniin (tetrakloorietyleeni), joka puhdistaa herkät kankaat ilman vettä. Ympäristö- ja terveysnäkökohdat ovat johtaneet vaihtoehtoisten liuottimien kehittämiseen tähän sovellukseen.

Organic Solvents

Orgaaniset liuottimet aiheuttavat useita terveysriskejä riippuen niiden kemiallisesta koostumuksesta, pitoisuudesta, altistuksen kestosta ja altistusreitistä. Miljoonat työntekijät ympäri maailmaa joutuvat altistumaan liuottimille työpaikoillaan.

Akuutit altistumisvaikutuksetpääasiassa keskushermoston masennukseen. Lyhytaikainen-korkea{2}}altistuminen aiheuttaa oireita päänsärkystä, huimauksesta ja huimauksesta sekavuutta, koordinaation menetystä, tajuttomuutta, kohtauksia ja mahdollisesti kuolemaa. Silmien, nenän ja kurkun ärsytystä esiintyy yleensä liuotinhöyrylle altistuessa. Nämä välittömät vaikutukset häviävät nopeasti altistumisen päätyttyä, mutta ne aiheuttavat välittömiä turvallisuusriskejä heikentämällä harkintaa ja reaktioaikaa.

Krooninen altistuminenorgaanisille liuottimille kuukausien tai vuosien ajan johtaa vakavampiin terveysvaikutuksiin. Pitkäaikainen altistuminen vahingoittaa useita elinjärjestelmiä:

Hermosto on erityisen haavoittuvainen. Krooninen liuotinhermotoksisuus ilmenee kognitiivisena häiriönä, muistiongelmina, persoonallisuuden muutoksina ja koordinaation heikkenemisenä. Tietyt liuottimet-n-heksaani, tolueeni ja styreeni-ovat vahvistettuja hermomyrkkyjä. Tila voi osittain kääntyä, kun altistuminen lopetetaan, mutta vakavat tapaukset aiheuttavat pysyviä vaurioita.

Useat orgaaniset liuottimet on vahvistettu ihmisille syöpää aiheuttaviksi. Bentseeni aiheuttaa leukemiaa ja verisairauksia. Formaldehydi lisää nenänielun syövän ja leukemian riskiä. Trikloorietyleenillä ja hiilitetrakloridilla on myös syöpää aiheuttavia luokituksia.

Useiden liuottimien . 2-etoksietanolilla ja 2-metoksietanolilla on dokumentoitu lisääntymisterveysvaikutuksia, jotka vahingoittavat sekä miesten että naisten hedelmällisyyttä. Raskaana olevilla naisilla, jotka altistuvat korkeille liuotinpitoisuuksille, on lisääntynyt keskenmenon, synnynnäisten epämuodostumien ja pienipainoisten vauvojen riski.

Maksa- ja munuaisvauriot johtuvat kroonisesta altistumisesta monille liuottimille. Nämä elimet metaboloivat liuottimia, mikä tekee niistä herkkiä liuottimien -aiheuttamalle myrkyllisyydelle. Klooratut liuottimet vaikuttavat erityisesti maksan toimintaan.

Ihovaikutuksia esiintyy usein liuottimia käsittelevillä työntekijöillä. Liuottimet poistavat iholta luonnollisia öljyjä aiheuttaen kuivuutta, halkeilua ja ihotulehdusta. Jotkut liuottimet tunkeutuvat koskemattomaan ihoon ja pääsevät verenkiertoon luoden altistumisreitin hengittämisen jälkeen.

Altistumisreititmäärittää terveysvaikutusten vakavuuden ja tyypin. Hengitys on haihtuvien orgaanisten liuottimien ensisijainen altistumisreitti. Liuotinhöyryt pääsevät keuhkoihin ja leviävät nopeasti koko kehoon verenkierron kautta. Ihon kautta imeytyminen tapahtuu, kun nestemäisiä liuottimia joutuu iholle tai kun työntekijät upottavat kätensä liuotinkylpyyn. Nieleminen, vaikka se on harvinaisempaa, tapahtuu saastuneiden käsien kautta, jotka koskettavat ruoka- tai juoma-astioita.

Palo- ja räjähdysvaarataiheuttaa välittömiä vaaroja. Useimmat orgaaniset liuottimet ovat erittäin syttyviä ja niillä on alhainen leimahduspiste. Höyry-ilmaseokset syttyvällä alueella voivat syttyä staattisesta sähköstä, kipinöistä, avotulesta tai kuumista pinnoista. Asianmukainen varastointi edellyttää säiliöt maadoitettua staattisen sähkön purkauksen estämiseksi. Sähkölaitteiden, joissa käytetään runsaasti liuottimia, on oltava luonnostaan turvallisia. Työluvat ja huolellinen tuuletus ovat pakollisia ennen "kuumatöitä" liuottimien{6}käyttöalueilla.

Säännösten mukaiset altistusrajatauttaa suojelemaan työntekijöitä. OSHA (Occupational Safety and Health Administration) asettaa sallitut altistusrajat (PEL) monille liuottimille. Kansallinen työturvallisuus- ja terveysinstituutti (NIOSH) julkaisee suositellut altistusrajat (RELs). American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) kehittää raja-arvoja (TLVs). Nämä rajat määrittelevät enimmäispitoisuudet ilmassa kahdeksan tunnin työvuoron aikana keskimäärin.

Suojatoimenpiteeton otettava käyttöön aina, kun käytetään orgaanisia liuottimia:

Tekniset ohjaimet tarjoavat ensimmäisen puolustuslinjan. Riittävä ilmanvaihto poistaa liuotinhöyryt niiden lähteellä. Paikalliset pakojärjestelmät, vetokaapit ja tuuletetut varastotilat vähentävät ilmassa olevia pitoisuuksia. Suljetut järjestelmät minimoivat liuottimen vapautumisen.

Henkilökohtaisiin suojavarusteisiin (PPE) kuuluvat tietyille liuottimille valitut kemikaaleja kestävät -käsineet, suojalasit, hengityssuojaimet, kun ilmanvaihto osoittautuu riittämättömäksi, ja suojavaatteet. Käsineiden valinta vaatii huolellista huomiota-eri liuotinperheet läpäisevät eri käsinemateriaaleja.

Hallinnolliseen valvontaan kuuluu asianmukainen työkäytäntö. Työntekijöiden tulee käyttää minimaalisia liuotinmääriä, pitää säiliöt peitettyinä, kun ne eivät ole käytössä, välttää käsien pesua liuottimilla, vaihtaa liuottimen{1}}saastuneet vaatteet nopeasti ja saada säännöllistä koulutusta turvallisista käsittelymenetelmistä.

Perinteiset öljypohjaiset{0}}orgaaniset liuottimet edistävät merkittävästi ympäristöongelmia. Niiden suuri haihtuvuus johtaa huomattaviin päästöihin ilmakehään. Liuottimista vapautuvat haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC-yhdisteet) osallistuvat valokemialliseen savusumun muodostumiseen ja lisäävät maaperän -otsonisaastetta. Vuonna 2017 orgaaniset liuottimet sijoittuivat Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston seuraamien korkeimpien kemikaalien päästöjen joukkoon.

Virheellinen hävittäminen saastuttaa maaperän ja pohjaveden. Monet orgaaniset liuottimet vastustavat biologista hajoamista ja säilyvät ympäristössä pitkiä aikoja. Vesiekosysteemit kärsivät erityisen haitallisesti, kun liuotin-saastunutta vettä pääsee puroihin, jokiin tai järviin. Perinteisten liuottimien -öljypohjainen alkuperä aiheuttaa myös kestävyysongelmia, kun otetaan huomioon rajalliset fossiilisten polttoaineiden resurssit.

Sääntelypaineet ovat lisääntyneet viime vuosina. Euroopan unionin VOC-direktiivi rajoittaa päästöjä ilmaan. Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto asettaa tiukat standardit liuottimien käytölle, varastointille ja hävittämiselle. Monet lainkäyttöalueet kieltävät tai rajoittavat voimakkaasti erityisen vaarallisia liuottimia, kuten hiilitetrakloridia ja tiettyjä kloorattuja yhdisteitä.

Vihreän kemian periaatteet ovat johtaneet vaihtoehtoisten liuottimien kehittämiseen, joilla on vähemmän ympäristö- ja terveysvaikutuksia. Uusiutuvista raaka-aineista johdetut bio-liuottimet tarjoavat yhden lupaavan suunnan.

Etanolimaissista, sokeriruo'osta tai muista kasviperäisistä lähteistä on yleisimmin käytetty bio{0}}liuotin. Sen olemassa oleva infrastruktuuri, tuttuus ja suhteellisen hyvänlaatuinen profiili tekevät siitä houkuttelevan moniin sovelluksiin. Bio-etanoli on kemiallisesti identtinen öljy-peräisen etanolin kanssa, mutta se on peräisin uusiutuvista luonnonvaroista.

Etyylilaktaatti, joka on valmistettu maissin jalostuksesta, toimii turvallisempana vaihtoehtona etyyliasetaatille ja asetonille. Tämä bio-pohjainen esteri toimii tehokkaasti metallien puhdistuksessa, maalinpoistossa ja pinnoitteen liuottimena. Sen biohajoavuus ja alhainen myrkyllisyys sopivat sovelluksiin, joissa ympäristön pysyvyys aiheuttaa huolta.

2-metyylitetrahydrofuraani (2-MeTHF), joka on johdettu maissintähkistä ja sokeriruo'osta, tarjoaa vihreämmän vaihtoehdon dikloorimetaanille ja tavanomaiselle tetrahydrofuraanille. Tämä syklinen eetteri on löytänyt sovelluksia farmaseuttisessa synteesissä ja polymeerien tuotannossa.

Kyreeni (dihydrolevoglukosenoni)edustaa viimeaikaista vihreiden liuottimien innovaatiota. Selluloosajätteestä lähes energia-neutraalilla prosessilla syntetisoitu Cyrene on alhainen myrkyllisyys ja voi korvata dimetyyliformamidin (DMF) ja N-metyyli-2-pyrrolidonin (NMP) monissa sovelluksissa. Se on osoittautunut tehokkaaksi grafeenin tuotannossa ja hiilen ristikytkentäreaktioissa. Cyrene sai tunnustusta useilla palkinnoilla innovaatio- ja kestävän kehityksen tunnustuksistaan.

Luonnolliset syväeutektiset liuottimet (NADES)muodostavat nousevan luokan vihreitä liuottimia, jotka muodostuvat yhdistämällä luonnollisia yhdisteitä, kuten koliinikloridia, ureaa, glyserolia ja orgaanisia happoja. Nämä eutektiset seokset pysyvät nestemäisinä huoneenlämpötilassa kiinteistä aineosistaan huolimatta. NADES-tuotteet tarjoavat alhaisen myrkyllisyyden, biohajoavuuden ja kyvyn liuottaa erilaisia aineita. Niiden sovelluksia ovat bioaktiivisten yhdisteiden uuttaminen kasveista, farmaseuttinen synteesi ja analyyttinen kemia.

Bio{0}}liuottimien markkinat ovat kasvaneet huomattavasti, ja ennusteet osoittavat jatkuvan kasvun. Allied Market Research arvioi vihreiden ja bio{2}}liuottimien markkinoiden kasvavan 4,3 % vuositasolla vuosina 2014–2020. Kuluttajien ympäristövastuullisten tuotteiden kysyntä sekä säädösvaatimukset ohjaavat tätä kasvua.

Vihreillä liuottimilla on kuitenkin haasteita. Ne eivät vielä voi korvata tavanomaisia liuottimia kaikissa sovelluksissa suorituskykyrajoitusten tai korkeampien kustannusten vuoksi. Jotkut bio-pohjaiset raaka-aineet kilpailevat elintarviketuotannon kanssa, mikä herättää kestävyyskysymyksiä. Vihreiden liuottimien elinkaariarvioinnissa- on otettava huomioon niiden koko tuotantoketju, mukaan lukien maatalouden tuotantopanokset, jalostusenergia ja kuljetus.

Mikään liuotin ei ole täysin "vihreä" kaikissa yhteyksissä. Jokainen on arvioitava sen erityisessä sovelluksessa ottaen huomioon tuotantomenetelmät, kierrätysmahdollisuudet, käyttöiän pääty-hävittäminen ja prosessin kokonaistehokkuus. Tavoitteena ei ole yksittäinen universaali vihreä liuotin, vaan monipuolinen työkalupakki turvallisempia vaihtoehtoja, jotka sopivat erilaisiin sovelluksiin.

Oikean orgaanisen liuottimen valitseminen tiettyyn käyttötarkoitukseen edellyttää useiden tekijöiden tasapainottamista. Liuottimien valintaoppaat on kehitetty auttamaan kemistejä ja insinöörejä tekemään tietoisia päätöksiä.

Liukoisuusparametritennustaa, liuottaako liuotin tiettyä materiaalia. Periaate "kuten liuottaa samanlaisen" tarjoaa lähtökohdan-polaariset liuottimet liuottavat polaarisia liuenneita aineita, kun taas ei--polaariset liuottimet liuottavat ei--polaarisia aineita. Hansenin liukoisuusparametrit tarjoavat kehittyneemmän kolmiulotteisen lähestymistavan, jakaen polariteetin dispersiovoimiin, polaarisiin vuorovaikutuksiin ja vetysidoskomponentteihin.

Reaktionäkökohdatkemiallisessa synteesissä sisältävät liuottimen vaikutukset reaktionopeuteen, selektiivisyyteen ja saantoon. Liuottimen polariteetti vaikuttaa reaktiomekanismeihin. Proottiset liuottimet (ne, joilla on vetysidoskyky) käyttäytyvät monissa reaktioissa eri tavalla kuin aproottiset liuottimet (ne eivät). Lämpötilavaatimukset voivat sanella liuottimen valinnan-korkeissa lämpötiloissa tapahtuvat reaktiot vaativat korkeassa-kiehuvia liuottimia, kun taas matalan lämpötilan{5}}reaktiot tarvitsevat liuottimia, jotka pysyvät nestemäisinä näissä lämpötiloissa.

Jatkokäsittelyvaikuttaa liuottimen valintaan. Jos tuote on eristettävä liuottimesta, erottamisen helppous on tärkeää. Haihtuvat liuottimet mahdollistavat yksinkertaisen haihdutuksen. Sekoittumattomat liuottimet mahdollistavat nesteen-uuton. Joissakin prosesseissa kierrätetään ja käytetään uudelleen liuottimia, mikä tekee stabiilisuudesta ja puhdistuksen helppoudesta tärkeitä.

Ympäristö-, terveys- ja turvallisuusprofiili (EHS).painaa raskaasti nykyaikaisessa liuotinvalinnassa. Työkalut, kuten CHEM21 liuottimen valintaopas, auttavat tunnistamaan turvallisempia vaihtoehtoja. Nämä oppaat luokittelevat liuottimet useisiin luokkiin: turvallisuus (syttyvyys, reaktiivisuus), terveys (akuutti myrkyllisyys, krooniset vaikutukset), ympäristö (pysyvyys, myrkyllisyys vesieliöille) ja jätteenkäsittelyn vaikeus.

Taloudelliset tekijätLiuottimen kustannukset, jotka vaihtelevat suuresti, ja infrastruktuurivaatimukset. Erikoisliuottimet saattavat vaatia kalliita laitteita eristämiseen tai talteenottoon. Säännösten noudattamisesta aiheutuvat kustannukset-luvat, valvonta ja raportointi-lisäävät tiettyjen liuottimien käytön kokonaiskustannuksia.

Sekoitettu liuotinjärjestelmätarjoavat usein paremman suorituskyvyn kuin yksittäiset liuottimet. Binääriset tai ternääriset seokset voivat yhdistää eri liuottimien edut minimoiden haittoja. Litiumakkuelektrolyytit ovat esimerkki tästä lähestymistavasta, kun liuottimia sekoitetaan saavuttaakseen sekä korkean dielektrisyysvakion että alhaisen viskositeetin.

Orgaaninen liuotinteknologia kehittyy jatkuvasti vastaamaan teknologisia vaatimuksia ja kestävän kehityksen vaatimuksia.

Liuotinvapaat{0}prosessitedustavat ihanteellista tavoitetta vihreässä kemiassa. Mikäli mahdollista, liuottimien poistaminen poistaa niihin liittyvät riskit ja kustannukset kokonaan. Kiinteän olomuodon reaktiot, puhtaat reaktiot (reagenssit sekoitetaan ilman liuotinta) ja mekanokemialliset prosessit edistävät tätä tavoitetta. Monet sovellukset vaativat kuitenkin edelleen liuottimia käytännön toteutukseen.

Ylikriittiset nesteet, erityisesti ylikriittinen hiilidioksidi (scCO₂), tarjoavat vaihtoehdon tavanomaisille orgaanisille liuottimille. Kriittisen lämpötilansa ja paineensa yläpuolella CO₂ muuttuu nesteeksi, jonka tiheys on nesteen kaltainen, mutta diffuusio on kaasun kaltainen. ScCO₂ liuottaa monia ei--polaarisia aineita, ei tuota myrkyllisiä jäämiä ja erottuu helposti paineen alentamalla. Kahviteollisuus käyttää scCO₂:ta kofeiinin poistamiseen. Farmaseuttisessa uutossa ja polymeerin prosessoinnissa käytetään myös ylikriittisiä nesteitä. Korkeapainelaitteiden vaatimukset ja rajoitettu napaisuus rajoittavat laajempaa käyttöönottoa.

Ioniset nesteetkoostuvat ioneista, jotka pysyvät nestemäisinä huoneenlämpötilassa. Nämä suunnitteluliuottimet voidaan räätälöidä tiettyihin sovelluksiin valitsemalla sopivat kationi-anioniyhdistelmät. Niiden vähäinen höyrynpaine estää päästöjä ilmaan. Monilla ionisilla nesteillä on kuitenkin tuntematon toksikologia, niiden synteesi voi olla kallista ja niiden kierrätettävyys vaatii tapauskohtaista arviointia.

Laskennallinen liuotinseulontanopeuttaa liuottimen valintaa molekyylimallinnuksen ja koneoppimisen avulla. Liuottimien ominaisuuksien, reaktiotulosten ja ympäristövaikutusten ennustaminen laskennallisesti vähentää kokeellisia kokeiluja-ja-virheitä. Nämä työkalut auttavat tunnistamaan lupaavia ehdokkaita valtavista kemiallisista alueista.

Fluoratut liuottimet edistyneille akuillesaada intensiivistä tutkimushuomiota. Seuraavan -sukupolven litiumparistot, joiden jännite ja energiatiheys ovat korkeammat, tarvitsevat liuottimia, joiden jännite on yli 4,8 V. Osittain fluoratut karbonaatit ja eetterit ovat lupaavia. Trifluorietyylimetyylikarbonaatti ja muut fluoratut yhdisteet mahdollistavat korkean -jännitteen litium-katodit ja litiummetallianodit.

Liuottimien kierrätys ja talteenottoteknologiat parantavat kestävyyttä. Tislaus erottaa liuottimet kiehumispisteerojen perusteella. Kalvoerotus, adsorptio ja edistyneet hapetusprosessit ottavat talteen ja puhdistavat käytetyt liuottimet. Suljetun-silmukan järjestelmät minimoivat tuoreen liuottimen kulutuksen ja jätteen syntymisen.

Orgaanisten liuottimien teollisuudessa on jatkuva jännite suorituskykyvaatimusten ja kestävyystavoitteiden välillä. Jotkut sovellukset eivät ehkä koskaan löydä sopivia vihreitä vaihtoehtoja, mikä edellyttää perinteisten liuottimien jatkuvaa käyttöä tiukan valvonnan alaisena. Muut sovellukset siirtyvät bio-pohjaisiin, vähemmän vaarallisiin tai täysin liuotinvapaisiin-lähestymistapoihin. Suunta osoittaa kohti monipuolisempaa,{5}}sovelluskohtaista liuotintyökalusarjaa, jossa turvallisuus ja ympäristövastuu ovat etusijalla.

Rakenteen{0}}ominaisuussuhteiden tutkimus jatkaa ja paljastaa, kuinka molekyylirakenne määrittää liuottimen ominaisuudet. Tämä tieto mahdollistaa uusien erityistarkoituksiin optimoitujen liuottimien järkevän suunnittelun. Vihreän kemian periaatteiden, kehittyneiden karakterisointitekniikoiden ja laskennallisten työkalujen yhdistelmä muokkaa orgaanisten liuottimien teknologiaa 2000-luvulle.

Organic Solvents

Orgaaninen liuotin sisältää hiiliatomeja osana sen molekyylirakennetta, tyypillisesti sitoutuneena vety-, happi-, typpi- tai halogeeniatomeihin. Tämä erottaa orgaaniset liuottimet epäorgaanisista liuottimista, kuten vedestä (H2O) tai nestemäisestä ammoniakista, joista puuttuu hiiltä. Hiili-pohjainen rakenne antaa orgaanisille liuottimille niiden ominaisen kyvyn liuottaa muita orgaanisia yhdisteitä.

Kaikilla orgaanisilla liuottimilla ei ole samaa myrkyllisyyttä. Myrkyllisyys vaihtelee dramaattisesti kemiallisen rakenteen mukaan. Etanoli on suhteellisen alhainen myrkyllisyys ja sitä esiintyy juomissa ja lääkkeissä. Sitä vastoin bentseeni on erittäin myrkyllistä ja syöpää aiheuttavaa. Hiilitetrakloridi aiheuttaa vakavia maksavaurioita. Jokainen liuotin edellyttää yksilöllistä terveysriskien arviointia käyttöturvallisuustiedotteiden ja viranomaisohjeiden avulla.

Kyllä, monet orgaaniset liuottimet voidaan kierrättää tislaamalla, joka erottaa komponentit eri kiehumispisteiden perusteella. Kemianteollisuus kerää ja käyttää uudelleen liuottimia rutiininomaisesti vähentääkseen kustannuksia ja ympäristövaikutuksia. Kierrätyksen toteutettavuus riippuu liuottimen tyypistä, puhtausvaatimuksista ja kontaminaatiotasosta. Jotkut sovellukset vaativat neitseellisiä liuottimia, kun taas toiset hyväksyvät kierrätysmateriaalia.

Litiumparistot vaativat orgaanisia liuottimia, koska litium reagoi kiivaasti veden kanssa, jolloin vesipitoiset elektrolyytit ovat mahdottomia. Orgaaniset karbonaattiliuottimet liuottavat litiumsuoloja ja pysyvät sähkökemiallisesti stabiileina koko akun jännitealueella. Ne muodostavat myös elektrodeille suojaavia pintakalvoja, jotka estävät lisähajoamisen. Etyleenikarbonaatin erityinen yhdistelmä lineaaristen karbonaattien kanssa tarjoaa optimaalisen tasapainon ioninjohtavuudelle ja elektrodien suojalle.

Orgaaniset liuottimet ovat hiili{0}}pohjaisia nesteitä, jotka ovat välttämättömiä eri aloilla lääketeollisuudesta elektroniikkaan, ja yli 200 erillistä yhdistettä palvelevat erikoissovelluksia

Terveys- ja turvallisuusriskit vaihtelevat merkittävästi orgaanisten liuottimien välillä suhteellisen hyvänlaatuisesta etanolista karsinogeeniseen bentseeniin, mikä edellyttää tiukkaa altistumisen valvontaa ja asianmukaisia suojavarusteita.

Litiumparistoteknologia riippuu kriittisesti orgaanisista karbonaattiliuottimista, jotka liuottavat litiumsuoloja, johtavat ioneja elektrodien väliin ja muodostavat suojakalvoja mahdollistaen pitkän akun käyttöiän.

Vihreät vaihtoehdot, kuten bio-pohjaiset liuottimet, luonnolliset syvän eutektiset liuottimet ja fluoratut yhdisteet, korvaavat vähitellen vaarallisia öljy{1}}liuottimia

Liuottimen valinta edellyttää useiden tekijöiden tasapainottamista, mukaan lukien liuotusteho, turvallisuusprofiili, ympäristövaikutukset, kustannukset ja sovelluskohtaiset suorituskykyvaatimukset{0}