乙醇（Ethanol）是广泛应用的溶剂

【背景及概述】^[1][2][3]

乙醇分子式CH₃CH₂OH，俗称酒精，简称为醇，去水的称无水乙醇。分子量46.07。无色透明液体。易于挥发和燃烧。有酒的气味和刺激性辛辣滋味。纯的乙醇比重0.7893。熔点-117.3 ℃，沸点78.4℃，闪燃点9～11℃，凝固点-130℃。溶于水、甲醇、乙醚和氯仿等。吸湿性大，会从空气中吸收水分。乙醇具有一般伯醇的化学性质，比较活泼，是有机合成的重要原料和重要的溶剂。医药业常以乙醇作为消毒剂和防腐剂。乙醇还广泛用作饮料和燃料。过去工业乙醇中常加入少量毒性物如甲醇等以防止饮用。 乙醇蒸汽能与空气混合形成爆炸混合物。乙醇属微毒类。过量摄入乙醇可致乙醇中毒。其毒性主要是对中枢神经系统的作用，首先作用于大脑皮质，表现为先兴奋而后抑制;并继而作用于皮质下中枢和小脑。最后可出现血管运动中枢和呼吸中枢的抑制。乙醇生产应搞好密闭化，加强车间通风。饮酒勿过量。口服中毒较重者可催吐，忌用吗啡制剂，必要时可用1%碳酸氢钠溶液洗胃，静脉注射高渗葡萄糖溶液，并给予维生素B₁、B₆和烟酸，以加速乙醇在体内的氧化。昏迷者可用纳络酮。严重患者可用血液透析以促进体内乙醇排出。

【合成】^[3][4]

1.乙烯水合法制乙醇：乙烯水合法分为间接水合法和直接水合法。

1）间接水合法由美国联碳公司开发，反应分两步进行，先将乙烯在一定温度、压力条件下通入浓硫酸中，生成硫酸酯，再将硫酸酯在水解塔中加热水解而得乙醇，同时有副产物乙醚生成。间接水合法设备腐蚀严重，生产流程长，已被直接水合法取代。

2）直接水合法由壳牌公司最先开发应用，该工艺是在一定条件下，乙烯通过固体酸催化剂直接与水反应生成乙醇，工业上采用负载于硅藻土上的磷酸催化剂。乙烯水合法缺乏经济性，已经很少应用。

2. 合成气化学法合成乙醇：合成气化学法合成乙醇已经具有很长的历史，1920 年就已经出现了利用化学催化的方法利用CO和H₂ 合成乙醇的方法。制备合成气是该过程的重要步骤之一，合成气可来源于天然气转化、煤气化或生物质气化装置，也可以来自钢厂废气，城市生活垃圾也可以经气化制备合成气。目前普遍研究的合成气化学法生产乙醇有2 种方法。一种是甲醇羰基化，利用Co(OAc)-12 催化剂，甲醇与合成气反应制取乙醇，获得较高的转化率和产品选择性。另一种方法是合成气在催化剂的作用下直接合成乙醇，美国联碳公司开发的Rh 系催化剂、德国Hoechst 公司开发的Rh-Mg 系催化剂和法国IFP 开发的Co-Cu-Cr-碱系催化剂，都取得了一定进展。

3. 生物发酵制燃料乙醇：生物发酵制燃料乙醇分为生化法和合成气发酵2 种。

1）生化法：是目前制取燃料乙醇的最主要方法，近十年以粮食和甘蔗为原料的第1 代燃料乙醇产业快速发展。玉米燃料乙醇的生产过程包括预处理、脱胚制浆、液化、糖化、发酵和乙醇蒸馏步骤。早期的粮食乙醇生产工艺存在能耗高、反应速度慢和原料利用率低的缺点，经过多年的技术改进，粮食乙醇的效率已经得到很大提高。目前美国大部分乙醇企业的淀粉转化率已经达到90%～95%，生产1 亿加仑燃料乙醇，需要90 万吨玉米，可同时副产30 万吨动物饲料和8500 吨玉米油。粮食乙醇的酶制剂的成本也经历了从高到低的下降过程，酶制剂在成本中所占比例从30%～40%下降到了5%～10%。诺维信公司（Novozymes）在2012 年推出了Avantec 液化酶，在相同的工艺条件下，可提高乙醇产率2.5%，每生产1 亿加仑燃料乙醇可减少粮食消耗2.25 万吨。以甜高粱茎秆和木薯等非粮作物为原料的1.5 代燃料乙醇，主要是利用作物中的糖类物质，采用生化工艺，通过糖发酵生产燃料乙醇。目前，以纤维素和其它废弃物为原料的第2 代燃料乙醇生产技术主要有生化法和热化学法。纤维素生物发酵制燃料乙醇的技术路线包括预处理、纤维素水解和单糖发酵3 个关键步骤。预处理方法分为物理法、化学法、物理化学法和生物法，目的是分离纤维素、半纤维素和木质素，增加纤维素与酶的接触面积，提高酶解效率。物理方法包括机械粉碎、蒸汽爆碎、微波辐射和超声波预处理；化学法一般采用酸、碱、次氯酸钠、臭氧等试剂进行预处理，其中以NaOH 和稀酸预处理研究较多；物理化学法包括蒸汽爆破和氨纤维爆破法；生物法是用白腐菌产生的酶类分解木质素。这些预处理方法各有其优缺点，今后的主要研究方向是继续探索反应条件温和、无有毒副产物和糖化效率高的预处理技术。纤维素酶成本较高的问题长期以来一直是阻碍纤维素乙醇产业发展的障碍。

2）合成气生物转化乙醇：主要由原料气化、合成气预处理和合成气发酵单元构成。生物转化所需的合成气原料与化学转化过程相同，利用能够以CO 和H₂ 为底物生长的微生物，通过厌氧发酵将合成气转化为燃料和化学品，合成气生物转化的反应条件温和、反应副产物少、合成气原料要求低、对原料气中的硫化物耐受性强，目前已经从自然界分离出了多株适合合成气发酵的菌株。

【应用】^[3][4]

乙醇能溶解许多有机物和无机物，是广泛应用的溶剂。能燃烧，是常用的燃料。其蒸气与空气形成爆炸性混和物，爆炸极限为3.5%～18.0%(体积)。用于制染料、涂料、药物、合成橡胶、洗涤剂等。工业上常用作溶剂、防冻剂和燃料；医药上浓度70%或75%的乙醇用于皮肤及器械消毒，60%～95%溶液对细菌及大多数微生物均有杀灭作用，但对芽胞无效；70%水溶液杀菌力最强，浓度过高可使菌体表层蛋白凝固而使乙醇不易向内透入，妨碍其杀菌效力，主要用于皮肤及器械消毒；40%～50%的溶液可使血管扩张，增加血液循环，用于久卧病人的防褥疮；20%～30%乙醇擦浴用于高热病人物理退热。此外本品还可作为多种药物制剂的溶剂。50%用于预防褥疮，25～50%用于擦浴退高热；生活中用于配制酒。

【主要参考资料】

[1] 卫生学大辞典.

[2] 简明摄影辞典.

[3] 李振宇, et al. 燃料乙醇发展现状及思考. 化工进展, 2013, 32.7: 1457-1467.

[4] 付畅; 吴方卫. 我国燃料乙醇的生产潜力与发展对策研究. JOURNAL OF NATURAL RESOURCES, 2014, 29.8.

[5] 常用临床药物手册.