Hvað eru lífræn leysiefni?

Lífræn leysiefni eru kolefnis-vökvasambönd sem geta leyst upp eða dreift öðrum efnum án þess að breyta þeim efnafræðilega. Þessi efnasambönd innihalda kolefnisatóm tengd öðrum frumefnum eins og vetni, súrefni eða halógenum, sem greina þau frá ólífrænum leysum eins og vatni. Meira en 200 mismunandi lífræn leysiefni eru til í ýmsum efnafjölskyldum, sem hver þjónar sérstökum iðnaðar- og viðskiptalegum notum byggt á sameindabyggingu þeirra og eðliseiginleikum.

Skilgreiningareiginleiki lífrænna leysiefna liggur í sameindabyggingu þeirra. Öll lífræn leysiefni innihalda kolefnis-kolefni eða kolefnis-vetnistengi sem uppbyggingarstoð þeirra. Þessi kolefnis-undirstaða samsetning gefur þeim einstaka upplausnarhæfileika, sérstaklega fyrir ó-skautuð og veikskautuð efni sem vatn getur ekki leyst upp á áhrifaríkan hátt.

Lífræn leysiefni sýna nokkra algenga eðlisfræðilega eiginleika sem gera þau verðmæt í iðnaði. Flestir eru rokgjarnir vökvar við stofuhita, sem þýðir að þeir gufa auðveldlega upp. Suðumark þeirra er venjulega á bilinu undir 100 gráður til um það bil 250 gráður, með lægri suðumark sem samsvarar meiri sveiflu. Rafstuðullinn-mæling á getu leysis til að draga úr krafti milli hlaðinna agna- er verulega breytilegur milli lífrænna leysiefna, sem hefur bein áhrif á getu þeirra til að leysa upp jónísk efnasambönd eins og litíumsölt.

Seigja táknar annan mikilvægan eiginleika. Leysir með lága-seigju gera jónum og sameindum kleift að fara frjálsari í gegnum lausnina, sem verður nauðsynlegt í notkun eins og litíum rafhlöðu raflausna þar sem jónaleiðni ákvarðar frammistöðu. Samspil rafmagnsfasta og seigju krefst oft blöndunar leysiefna með viðbótareiginleikum til að ná sem bestum árangri.

Kolvetnisleysir samanstanda eingöngu af kolefnis- og vetnisatómum. Þessir ó-skautuðu leysiefni eru framúrskarandi við að leysa upp olíur, vax, fitu og fitu.

Alifatísk kolvetnieru með beinar eða greinóttar kolefniskeðjur án arómatískra hringa. Algeng dæmi eru hexan, heptan og jarðolíueter. Þessir leysir hafa mjög litla pólun, mikla rokgjarnleika og eru efnafræðilega stöðugir en mjög eldfimir. Iðnaður notar þær til olíuvinnslu, lyfjaframleiðslu, málningarsamsetningar og límframleiðslu.

Arómatísk kolvetniinnihalda bensenhringi í uppbyggingu þeirra, sem gefur þeim sérstaka eiginleika. Bensen, tólúen og xýlen eru algengustu arómatísku leysiefnin. Þessi efnasambönd hafa miðlungs pólun, hærri leysigetu en alifatísk kolvetni og einkennandi lykt. Notkun þeirra spannar iðnaðarleysisnotkun í málningu, lím, prentblek og fituhreinsun. Hins vegar hafa nokkur arómatísk kolvetni í för með sér verulega heilsufarsáhættu.

Súrefnisbundin leysiefni fella súrefnisatóm inn í sameindabyggingu þeirra, skapa skauta eiginleika sem auka uppleysandi getu þeirra.

Áfengiinnihalda hýdroxýl (-OH) hópa sem tengjast kolefniskeðjum. Metanól, etanól, ísóprópanól og bútanól eru mikið notaðar í atvinnugreinum. Áfengi geta leyst upp bæði skautuð og sum ó-skautuð efni, sem gerir þau að fjölhæfum leysiefnum. Etanól þjónar sem lykilefni í lyfjum, snyrtivörum, ilmvötnum og hreinsiefnum. Iðnaðarnotkun felur í sér notkun sem hreinsiefni og í efnamyndun.

Ketónarinnihalda karbónýlhóp (C=O) sem er tengdur við tvö kolefnisatóm. Asetón og metýletýl ketón (MEK) leiða þennan flokk. Ketón eru mjög skautuð, hafa framúrskarandi gjaldþol og gufa upp hratt. Aseton kemur fyrir í naglalakkahreinsiefnum, málningarþynningarefnum og sem hreinsileysi í rafeindaframleiðslu. Á rannsóknarstofum þjóna ketónar sem algengir hvarfleysir.

Esterarmyndast við viðbrögð milli sýra og alkóhóla. Etýl asetat og metýl asetat eru oft notaðir esterar. Þessir leysiefni hafa skemmtilega ávaxtalykt, góða leysni fyrir kvoða og fjölliður og miðlungs pólun. Húðunariðnaðurinn notar estera mikið í málningu og lökk. Matvælaiðnaðurinn notar ákveðna estera sem bragðefni. Etýl asetat kemur fyrir í naglalakkahreinsiefnum og sem hringrásarhreinsiefni.

Eterinnihalda súrefnisatóm sem er tengt tveimur kolefniskeðjum. Díetýleter og tetrahýdrófúran (THF) tákna mikilvæga etera í rannsóknarstofum og iðnaði. Eter hafa venjulega litla pólun og mikla sveiflu. Þó að díetýleter hafi einu sinni þjónað sem algengt deyfilyf, takmarkaði mikil eldfimi notkun þess. THF er enn vinsælt í fjölliðaframleiðslu og sem viðbragðsleysir á rannsóknarstofu.

Halógenaðir leysir innihalda halógenatóm (klór, flúor, bróm eða joð) í uppbyggingu þeirra. Þessir leysir búa yfir óvenjulegum leysiskrafti fyrir efni sem standast önnur leysiefni.

Klóraðir leysiefniinnihalda díklórmetan (metýlenklóríð), klóróform, koltetraklóríð og tríklóretýlen. Þessi efnasambönd eru ó-eldfim-mikill öryggiskostur-og hafa mikla greiðslugetu. Aðgerðir til að fjarlægja fitu úr málmum, afhreinsun málningar og fatahreinsun byggðu jafnan mikið á klóruðum leysum. Hins vegar eru mörg klóruð leysiefni eitruð, með sumum flokkuð sem krabbameinsvaldandi eða æxlunarhættu. Koltetraklóríð og tríklóretýlen standa frammi fyrir ströngum reglugerðartakmörkunum vegna heilsufarsáhættu og ósoneyðingar.

Flúoraðir leysiefnihafa vakið athygli að undanförnu, sérstaklega í sérhæfðum forritum. Þessi efnasambönd bjóða í mörgum tilfellum lægri eiturhrif en klóraðir valkostir og sýna framúrskarandi efnafræðilegan stöðugleika. Rafhlöðuiðnaðurinn hefur sýnt sérstakan áhuga á flúoruðum karbónötum fyrir háspennu litíum rafhlöðunotkun vegna yfirburða oxunarstöðugleika þeirra.

Karbónat leysiefni gegna sérstöðu vegna mikilvægs hlutverks þeirra í nútíma orkugeymslu. Þessi efnasambönd innihalda karbónathópinn (−O−CO−O−) í uppbyggingu þeirra.

Hringlaga karbónöteins og etýlenkarbónat (EC) og própýlenkarbónat (PC) hafa háa rafstuðul fasta en einnig mikla seigju. Etýlenkarbónat, fast við stofuhita, verður fljótandi þegar það er blandað saman við önnur leysiefni. Þessi efnasambönd mynda stöðugar hlífðarfilmur á yfirborði rafskauta.

Línuleg karbónöteins og dímetýlkarbónat (DMC), díetýlkarbónat (DEC) og etýlmetýlkarbónat (EMC) hafa lægri seigju en einnig lægri rafstuðul. Sambland af hringlaga og línulegum karbónötum skapar raflausnir með jafnvægi eiginleika.

Skilningurhvað er litíum rafhlaðatækni krefst þess að viðurkenna nauðsynlega virkni lífrænna leysiefna í þessum orkugeymslutækjum. Litíum rafhlöður breyta efnaorku í raforku með hreyfingu litíumjóna á milli rafskauta. Lífræn leysiefni mynda grunninn að fljótandi raflausninni sem gerir þennan jónaflutninga kleift.

Í litíum rafhlöðusöltum verða lífræn leysiefni að uppfylla margar krefjandi kröfur samtímis. Þeir þurfa háa rafstuðul til að leysa upp litíumsölt eins og litíumhexaflúorfosfat (LiPF₆), en samt lága seigju til að leyfa hraða hreyfingu jóna. Þau verða að vera rafefnafræðilega stöðug yfir rekstrarspennusvið rafhlöðunnar, standast niðurbrot á báðum rafskautum og virka á áhrifaríkan hátt yfir breitt hitastig.

Dæmigerð litíum rafhlaða raflausn samanstendur af blönduðum lífrænum leysum. Algeng samsetning sameinar etýlenkarbónat með dímetýlkarbónati eða díetýlkarbónati í sérstökum hlutföllum. Hár rafstuðull etýlenkarbónats leysir upp litíumsölt á áhrifaríkan hátt og myndar verndandi fast raflausn millifasa (SEI) lag á grafítskautinu. Þetta SEI lag kemur í veg fyrir frekara niðurbrot leysiefna á meðan það leyfir litíumjónaleið. Hins vegar, hátt bræðslumark EC (36 gráður) krefst þess að blanda við fljótandi leysiefni eins og DMC eða DEC.

Própýlenkarbónat virtist upphaflega lofa góðu en veldur grafítflögnun í hefðbundnum litíum-jónarafhlöðum. Vísindamenn áskilja það fyrir rafhlöður sem nota önnur rafskautsefni. Línuleg karbónöt eins og DMC og DEC draga úr seigju raflausna, bæta jónaleiðni og afköst við lágt-hitastig.

Háþróuð litíum rafhlöðuþróun knýr nýsköpun lífrænna leysiefna áfram. Háspennu bakskautsefni þurfa leysiefni með yfirburða oxunarþol. Flúoraðir lífrænir leysir hafa komið fram sem frambjóðendur, sem bjóða upp á stöðugleika við styrkleika yfir 4,5V á móti litíum. Þessir sérhæfðu leysiefni gera næstu-kynslóð rafhlöður með meiri orkuþéttleika.

Gæðakröfur fyrir lífræna leysiefni í-flokki rafhlöðu eru einstaklega strangar. Hreinleiki verður að fara yfir 99,9%, með rakainnihaldi undir 10 hlutum á milljón. Vatnsmengun veldur vatnsrofi litíumsalts, myndar flúorsýru sem brýtur niður rafhlöðuíhluti og dregur úr afköstum. Óhreinindi draga úr oxunargetu og skerða öryggi.

Endurvinnsla rafhlöðu býður upp á frekari áskoranir fyrir stjórnun lífrænna leysiefna. Notaðar litíum rafhlöður innihalda gamaldags raflausn með niðurbrotsefnum. Örugg útdráttur og annaðhvort endurvinnsla eða rétta förgun þessara lífrænu leysiefna kemur í veg fyrir umhverfismengun og endurheimtir verðmæt efni.

Lífræn leysiefni koma fyrir í nánast öllum atvinnugreinum, þar sem árleg neysla á heimsvísu er yfir 28 milljónir tonna. Hæfni þeirra til að leysa upp, sviflaus, draga út eða þynna önnur efni án þess að valda efnafræðilegum breytingum gerir þau óbætanleg í mörgum ferlum.

Húðunar- og málningariðnaðurinn er stærsti neytandi lífrænna leysiefna. Leysiefni leysa upp kvoða og litarefni, stjórna seigju fyrir rétta notkun og gufa upp til að skilja eftir einsleita húðun. Tólúen, xýlen, asetón og ýmis alkóhól þjóna sem málningarþynningarefni og hreinsiefni fyrir málningarbúnað.

Lyfjaframleiðsla er mjög háð lífrænum leysum við þróun og framleiðslu lyfja. Leysir virka sem hvarfefni fyrir efnafræðilega myndun, útdráttarefni til að einangra virk efnasambönd úr náttúrulegum uppruna, hreinsunarmiðlar í kristöllunarferlum og burðarefni í samsetningum. Etanól, metanól, asetón og díklórmetan eru meðal algengustu lyfjaleysanna.

Lím- og þéttiefnageirinn notar lífræn leysiefni til að stjórna samræmi og gera notkun kleift. Eftir ásetningu gerir uppgufun leysis efnið kleift að harðna. Iðnaðarlím, byggingarþéttiefni og heimilislím innihalda öll lífræn leysiefni í samsetningu þeirra.

Prentblek þarfnast leysiefna til að viðhalda réttum vökva og tryggja jafna dreifingu á prentflötum. Mismunandi prentunaraðferðir-offset, flexographic, gravure-nota mismunandi leysikerfi sem eru fínstillt fyrir sérstakar kröfur þeirra. Arómatísk kolvetni og esterar koma oft fyrir í prentbleksamsetningum.

Efnasmíði á öllum mælikvarða notar lífræn leysiefni sem hvarfefni. Leysiefni auðvelda blöndun hvarfefna, stjórna hvarfhitastigi með hitagetu þeirra og hafa áhrif á hvarfhraða og valhæfni. Rannsakendur á rannsóknarstofum og iðnaðarefnaverksmiðjur eru báðar háðar því að velja viðeigandi leysiefni fyrir árangursríkar efnabreytingar.

Rafeindaiðnaðurinn notar lífræn leysiefni til að þrífa hringrásartöflur, fjarlægja flæðileifar og fituhreinsa íhluti. Nákvæm hreinsun krefst leysiefna sem gufa alveg upp án þess að skilja eftir sig leifar. Ísóprópanól og sérhæfð flúoruð leysiefni þjóna þessum forritum.

Persónuhönnun og snyrtivörur innihalda lífræn leysiefni í ilmvötn, naglalakk, naglalakkeyðir og ýmis blöndunarferli. Etanól og etýlasetat koma oft fyrir í þessum neysluvörum.

Í fatahreinsunaraðgerðum var jafnan byggt á lífrænum leysum, einkum perklóretýleni (tetraklóretýlen), til að þrífa viðkvæma dúka án vatns. Umhverfis- og heilsufarsáhyggjur hafa knúið áfram þróun annarra leysiefna fyrir þetta forrit.

Organic Solvents

Lífræn leysiefni hafa í för með sér margvíslega heilsufarsáhættu eftir efnasamsetningu þeirra, styrk, tímalengd váhrifa og váhrifaleið. Milljónir starfsmanna um allan heim standa frammi fyrir hugsanlegri útsetningu fyrir leysiefnum á vinnustöðum sínum.

Bráð útsetningaráhriffela fyrst og fremst í sér þunglyndi í miðtaugakerfi. Skammtíma-há-útsetning veldur einkennum, allt frá höfuðverk, sundli og svima til ruglings, samhæfingarleysis, meðvitundarleysis, krampa og hugsanlega dauða. Erting í augum, nefi og hálsi kemur oft fram við útsetningu leysisgufu. Þessi tafarlausu áhrif ganga fljótt til baka þegar váhrifum lýkur, en þau skapa tafarlausa öryggishættu með því að skerða dómgreind og viðbragðstíma.

Langvarandi útsetningtil lífrænna leysiefna yfir mánuði eða ár leiðir til alvarlegri heilsufarslegra afleiðinga. Langvarandi útsetning skaðar mörg líffærakerfi:

Taugakerfið sýnir sérstaka viðkvæmni. Langvinn taugaeiturhrif við leysi koma fram sem vitræna skerðing, minnisvandamál, persónuleikabreytingar og skert samhæfing. Ákveðin leysiefni-n-hexan, tólúen og stýren-eru staðfest taugaeitur. Ástandið getur snúist að hluta til þegar váhrif hætta, en alvarleg tilvik valda varanlegum skaða.

Nokkrir lífrænir leysir eru staðfestir krabbameinsvaldar í mönnum. Bensen veldur hvítblæði og blóðsjúkdómum. Formaldehýð eykur hættuna á krabbameini í nefkoki og hvítblæði. Tríklóretýlen og koltetraklóríð bera einnig krabbameinsvaldandi flokkun.

Heilsuáhrif á æxlun hafa verið skráð fyrir nokkur leysiefni. 2-etoxýetanól og 2-metoxýetanól skaða frjósemi hjá bæði körlum og konum. Þungaðar konur sem verða fyrir háu magni leysiefna standa frammi fyrir aukinni hættu á fósturláti, fæðingargöllum og börnum með lága fæðingarþyngd.

Lifur og nýrnaskemmdir stafa af langvarandi útsetningu fyrir mörgum leysiefnum. Þessi líffæri umbrotna leysiefni, sem gerir þau viðkvæm fyrir-eitrun af völdum leysiefna. Klóraðir leysir hafa einkum áhrif á lifrarstarfsemi.

Húðfræðileg áhrif koma oft fram meðal starfsmanna sem meðhöndla leysiefni. Leysiefni fjarlægja náttúrulegar olíur úr húðinni, valda þurrki, sprungum og húðbólgu. Sumir leysiefni komast inn í ósnortna húð og komast í blóðrásina og skapa váhrifaleið umfram innöndun.

Útsetningarleiðirákvarða alvarleika og tegund heilsuáhrifa. Innöndun er aðal váhrifaleiðin fyrir rokgjörn lífræn leysiefni. Leysigufur koma inn í lungun og dreifast hratt um líkamann í gegnum blóðrásina. Frásog frá húð á sér stað þegar fljótandi leysiefni komast í snertingu við húð eða þegar starfsmenn dýfa höndum sínum í leysiböð. Inntaka, þó sjaldgæfari, gerist með menguðum höndum sem snerta mat eða drykkjarílát.

Eld- og sprengihættaskapa bráða hættu. Flest lífræn leysiefni eru mjög eldfim með lágum kveikjumörkum. Gufu-loftblöndur innan eldfimleikasviðs geta kviknað vegna stöðurafmagns, neistaflugs, opinna elda eða heitra yfirborða. Rétt geymsla krefst jarðtengdra íláta til að koma í veg fyrir truflanir. Rafbúnaður á svæðum þar sem mikil notkun leysiefna verður að vera í eðli sínu örugg. Atvinnuleyfi og ítarleg loftræsting eru áskilin áður en „heit vinna“ er á leysisvæðum-.

Reglubundin váhrifamörkhjálpa til við að vernda starfsmenn. Vinnueftirlitið (OSHA) setur leyfileg váhrifamörk (PEL) fyrir mörg leysiefni. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) gefur út Recommended Exposure Limits (REL). American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) þróar þröskuldsmörk (TLVs). Þessi mörk tilgreina hámarksstyrk í lofti að meðaltali á átta-stunda vinnuvöktum.

Varnarráðstafanirverður að innleiða hvar sem lífræn leysiefni eru notuð:

Verkfræðistýringar veita fyrstu varnarlínunni. Fullnægjandi loftræsting fjarlægir gufu leysiefna við upptök þeirra. Staðbundin útblásturskerfi, útblásturshúfur og loftræst geymslusvæði draga úr styrk í lofti. Lokuð kerfi lágmarka losun leysiefna.

Persónuhlífar (PPE) eru efnaþolnir-hanskar valdir fyrir tiltekin leysiefni, öryggisgleraugu eða hlífðargleraugu, öndunargrímur þegar loftræsting reynist ófullnægjandi og hlífðarfatnaður. Hanskaval krefst nákvæmrar athygli-mismunandi leysiefnahópar komast í gegnum mismunandi hanskaefni.

Stjórnsýslueftirlit felur í sér rétta vinnubrögð. Starfsmenn ættu að nota sem minnst magn leysiefna, halda ílátunum lokuð þegar þau eru ekki í notkun, forðast að þvo hendur með leysiefnum, skipta tafarlaust um fatnað sem mengaður er með leysiefnum og fá reglulega þjálfun um örugga meðhöndlun.

Hefðbundin jarðolíu-byggð lífræn leysiefni stuðla verulega að umhverfisvandamálum. Mikil sveiflukennd þeirra leiðir til verulegrar útblásturs í andrúmsloftinu. Rokgjörn lífræn efnasambönd (VOC) sem losna úr leysiefnum taka þátt í ljósefnafræðilegri smogmyndun og stuðla að -ósonmengun á jörðu niðri. Árið 2017 voru lífræn leysiefni meðal mestu efnalosunar í loftinu sem bandaríska umhverfisverndarstofnunin hefur fylgst með.

Óviðeigandi förgun mengar jarðveg og grunnvatn. Mörg lífræn leysiefni standast lífrænt niðurbrot og haldast í umhverfinu í langan tíma. Vatnavistkerfi verða fyrir sérstökum skaða þegar -mengað vatn með leysiefni berst í læki, ár eða vötn. Jarðolíu-uppruni hefðbundinna leysiefna skapar einnig sjálfbærni í ljósi takmarkaðra jarðefnaeldsneytisauðlinda.

Reglugerðarþrýstingur hefur aukist á undanförnum árum. VOC-tilskipun Evrópusambandsins takmarkar losun í andrúmslofti. Umhverfisverndarstofnun Bandaríkjanna setur stranga staðla fyrir notkun leysiefna, geymslu og förgun. Mörg lögsagnarumdæmi banna eða takmarka mjög hættuleg leysiefni eins og koltetraklóríð og ákveðin klóruð efnasambönd.

Grænar efnafræðireglur hafa knúið áfram þróun annarra leysiefna með minni umhverfis- og heilsuáhrifum. Lífrænt-leysiefni úr endurnýjanlegum hráefnum bjóða upp á eina vænlega stefnu.

Etanólúr maís, sykurreyr eða öðrum plöntuuppsprettum táknar mest notaða lífræna-leysinn. Núverandi innviðir þess, kunnugleiki og tiltölulega góðkynja snið gera það aðlaðandi fyrir mörg forrit. Líf-etanól er efnafræðilega eins og jarðolíu-unnið etanól en kemur úr endurnýjanlegum auðlindum.

Etýl laktat, framleitt úr maísvinnslu, þjónar sem öruggari valkostur við etýlasetat og asetón. Þessi lífræna-ester virkar á áhrifaríkan hátt við málmhreinsun, málningarhreinsun og sem húðunarleysi. Lífbrjótanleiki þess og lítil eiturhrif henta honum fyrir notkun þar sem umhverfisþol veldur áhyggjum.

2-Methyltetrahydrofuran (2-MeTHF), unnin úr maískólum og sykurreyrbagassa, veitir grænni valkost en díklórmetan og hefðbundið tetrahýdrófúran. Þessi hringlaga eter hefur fundið notkun í lyfjafræðilegri myndun og fjölliðaframleiðslu.

Cyrene (díhýdrólevóglúkósenón)táknar nýlega nýjung í grænum leysiefnum. Cyrene, sem er búið til úr sellulósaúrgangi í gegnum næstum orku-hlutlaust ferli, býður upp á litla eituráhrif og getur komið í stað dímetýlformamíðs (DMF) og N-metýl-2-pýrrólídóns (NMP) í mörgum notkunum. Það hefur reynst árangursríkt í grafenframleiðslu og koltengdu viðbrögðum. Cyrene hlaut viðurkenningu með nokkrum verðlaunum fyrir nýsköpun og sjálfbærni.

Natural Deep Eutectic Solvents (NADES)mynda vaxandi flokk grænna leysiefna sem myndast með því að sameina náttúruleg efnasambönd eins og kólínklóríð, þvagefni, glýseról og lífrænar sýrur. Þessar eutectic blöndur haldast fljótandi við stofuhita þrátt fyrir fast efni þeirra. NADES býður upp á litla eiturhrif, niðurbrjótanleika og getu til að leysa upp fjölbreytt efni. Notkun þeirra felur í sér útdrátt á lífvirkum efnasamböndum úr plöntum, lyfjafræðileg nýmyndun og greiningarefnafræði.

Markaður fyrir lífræna-leysiefni hefur vaxið verulega og spár sýna áframhaldandi stækkun. Allied Market Research áætlar að markaðurinn fyrir græna og lífræna-lausa leysiefni muni skrá samsettan árlegan vaxtarhraða upp á 4,3% á milli 2014 og 2020. Eftirspurn neytenda eftir umhverfisábyrgum vörum, ásamt reglugerðarkröfum, knýr þennan vöxt.

Hins vegar standa græn leysiefni frammi fyrir áskorunum. Þeir geta ekki enn komið í stað hefðbundinna leysiefna í öllum notkunum vegna takmarkana á frammistöðu eða hærri kostnaðar. Sum lífræn-fóðurefni keppa við matvælaframleiðslu, sem vekur spurningar um sjálfbærni. Lífsferilsmat grænna leysiefna verður að taka tillit til allrar framleiðslukeðjunnar, þar með talið aðföng landbúnaðar, vinnsluorku og flutninga.

Enginn leysir er fullkomlega "grænn" í öllum samhengi. Hvert og eitt verður að meta með sérstakri notkun, með hliðsjón af framleiðsluaðferðum, endurvinnslumöguleikum,-loka-förgunartíma og heildarhagkvæmni ferlisins. Markmiðið er ekki einn alhliða grænn leysir heldur fjölbreytt verkfærasett af öruggari valkostum sem passa við mismunandi forrit.

Að velja rétta lífræna leysirinn fyrir tiltekna notkun krefst jafnvægis á mörgum þáttum. Leiðbeiningar um val leysiefna hafa verið þróaðar til að hjálpa efnafræðingum og verkfræðingum að taka upplýstar ákvarðanir.

Leysnibreyturspá fyrir um hvort leysir leysi upp tiltekið efni. Meginreglan "eins og leysist upp eins" gefur upphafspunkt-skauta leysiefna leysa upp skautuð efni, en ó-skautuð leysiefni leysa upp ó-skautuð efni. Leysnibreytur Hansen bjóða upp á flóknari þrívíddarnálgun, þar sem pólun er sundurliðuð í dreifingarkrafta, skautaða víxlverkanir og vetnistengihluti.

Viðbragðssjónarmiðí efnafræðilegri myndun fela í sér áhrif leysis á hvarfhraða, sértækni og afrakstur. Pólun leysis hefur áhrif á hvarfkerfi. Prótísk leysiefni (þeir sem eru með vetnisbindingargetu) hegða sér öðruvísi en aprótískir leysir (þeir sem eru án) í mörgum viðbrögðum. Hitastigskröfur geta ráðið vali leysiefna-hvörf við hærra hitastig krefjast hár-suðuefna, á meðan lág-viðbrögð þurfa leysiefni sem haldast fljótandi við þessi hitastig.

Niðurstraumsvinnslahefur áhrif á val leysiefna. Ef einangra þarf vöruna frá leysinum skiptir auðveldur aðskilnaður máli. Rokgjarnir leysiefni leyfa einfalda uppgufun. Óblandanlegir leysir gera vökva-vökvaútdrátt kleift. Sum ferli endurvinna og endurnýta leysiefni, sem gerir stöðugleika og auðvelda hreinsun mikilvægt.

Umhverfis-, heilsu- og öryggissnið (EHS).vegur þungt í nútíma leysiefnavali. Verkfæri eins og CHEM21 leysisvalshandbókin hjálpa til við að finna öruggari valkosti. Þessar leiðbeiningar raða leysum í marga flokka: öryggi (eldfimi, hvarfgirni), heilsu (bráð eiturhrif, langvarandi áhrif), umhverfi (þráleiki, eiturhrif í vatni) og erfiðleikar við meðhöndlun úrgangs.

Efnahagslegir þættirfela í sér leysiskostnað, sem er mjög mismunandi, og kröfur um innviði. Sérhæfð leysiefni gætu þurft dýran búnað til að koma í veg fyrir innilokun eða endurheimt. Kostnaður við að fylgja reglum-við leyfi, eftirlit, skýrslugerð-leggst ofan á heildarkostnað við notkun ákveðinna leysiefna.

Blönduð leysikerfiveita oft betri afköst en stakir leysiefni. Tvöfaldur eða þríþættur blöndur geta sameinað kosti mismunandi leysiefna en lágmarka ókosti. Lithium rafhlöðu raflausnir eru dæmi um þessa nálgun, blanda leysiefnum til að ná bæði háum rafstuðli og lágri seigju.

Lífræn leysitækni heldur áfram að þróast til að bregðast við tæknilegum kröfum og kröfum um sjálfbærni.

-leysislaus ferlitákna tilvalið markmið í grænni efnafræði. Ef mögulegt er, fjarlægir leysiefni algerlega áhættu þeirra og kostnað. Föst-hvörf, snyrtileg efnahvörf (hvarfefni blandað án leysis) og vélefnafræðileg ferli stuðla að þessu markmiði. Hins vegar þurfa mörg forrit enn leysiefni fyrir hagnýta útfærslu.

Ofurkritískir vökvar, sérstaklega yfirkritískt koltvísýringur (scCO₂), bjóða upp á val við hefðbundin lífræn leysiefni. Yfir mikilvægu hitastigi og þrýstingi verður CO₂ að vökva með vökva-eins og eðlismassa en gas-eins og dreifingu. ScCO₂ leysir upp mörg ó-skautuð efni, framleiðir engar eitraðar leifar og skilst auðveldlega að með þrýstingslækkun. Kaffiiðnaðurinn notar scCO₂ til koffínhreinsunar. Lyfjaútdráttur og fjölliðavinnsla nota einnig ofurkritíska vökva. Kröfur um háþrýstibúnað og takmörkuð pólun takmarka víðtækari notkun.

Jónískir vökvarsamanstanda af jónum sem haldast fljótandi við stofuhita. Hægt er að sníða þessa hönnuðu leysiefni fyrir tiltekin forrit með því að velja viðeigandi katjóna-anjónasamsetningar. Hverfandi gufuþrýstingur þeirra kemur í veg fyrir útblástur í andrúmsloftinu. Hins vegar hafa margir jónískir vökvar óþekkt eiturefnafræði, myndun þeirra getur verið dýr og endurvinnanleiki þeirra krefst mats í hverju tilviki fyrir sig.

Reiknileg leysiskimunflýtir fyrir vali leysiefna með sameindalíkönum og vélanámi. Að spá fyrir um eiginleika leysiefna, viðbragðsniðurstöður og umhverfisáhrif dregur úr reiknifræðilegri tilraunatilraun-og-villum. Þessi verkfæri hjálpa til við að bera kennsl á efnilega umsækjendur frá víðfeðmum efnasvæðum.

Flúor leysiefni fyrir háþróaðar rafhlöðurfá mikla rannsóknarathygli. Næsta-kynslóð litíum rafhlöður með hærri spennu og orkuþéttleika þurfa leysiefni sem eru stöðug yfir 4,8V. Að hluta til flúoruð karbónöt og eter lofa góðu. Tríflúoretýlmetýlkarbónat og önnur flúoruð efnasambönd gera litíum-ríkar bakskaut með há-spennu og litíummálmskautum kleift.

Endurvinnsla og endurvinnsla leysiefnatækni bætir sjálfbærni. Eiming skilur að blönduð leysi sem byggir á suðumarksmun. Himnuaðskilnaður, aðsog og háþróuð oxunarferli endurheimta og hreinsa notuð leysiefni. Lokuð-lykkjakerfi lágmarka neyslu ferskra leysiefna og myndun úrgangs.

Lífræn leysiefnaiðnaðurinn stendur frammi fyrir áframhaldandi togstreitu milli frammistöðukrafna og sjálfbærnimarkmiða. Sum forrit gætu aldrei fundið fullnægjandi græna valkosti, sem krefjast áframhaldandi notkunar hefðbundinna leysiefna undir ströngu eftirliti. Önnur forrit munu fara yfir í líffræðilega-, hættuminni eða algjörlega-leysislausar aðferðir. Ferillinn vísar í átt að fjölbreyttari, forrita-sértækri leysiverkfærasett þar sem öryggi og umhverfisábyrgð er forgangsraðað.

Rannsóknir á uppbyggingu-eignatengsla halda áfram að leiða í ljós hvernig sameindabygging ákvarðar eiginleika leysiefna. Þessi þekking gerir skynsamlegri hönnun nýrra leysiefna sem eru fínstillt í sérstökum tilgangi. Sambland af grænum efnafræðireglum, háþróaðri persónulýsingatækni og reiknitækjum er að endurmóta lífræna leysitækni fyrir 21. öldina.

Organic Solvents

Lífræn leysir inniheldur kolefnisatóm sem hluta af sameindabyggingu þess, venjulega tengt vetnis-, súrefnis-, köfnunarefnis- eða halógenatómum. Þetta aðgreinir lífræn leysiefni frá ólífrænum leysum eins og vatni (H₂O) eða fljótandi ammoníaki sem skortir kolefni. Kolefnis-uppbyggingin gefur lífrænum leysum einkennandi getu þeirra til að leysa upp önnur lífræn efnasambönd.

Ekki eru öll lífræn leysiefni með sama eiturhrif. Eituráhrif eru mjög mismunandi eftir efnafræðilegri uppbyggingu. Etanól sýnir tiltölulega litla eiturhrif og kemur fyrir í drykkjum og lyfjum. Aftur á móti er bensen mjög eitrað og krabbameinsvaldandi. Koltetraklóríð veldur alvarlegum lifrarskemmdum. Hver leysir krefst einstaklingsmats á heilsufarsáhættu hans með öryggisblöðum og reglugerðarleiðbeiningum.

Já, mörg lífræn leysiefni er hægt að endurvinna með eimingu, sem aðskilur íhluti út frá mismunandi suðumarki. Efnaiðnaður endurheimtir reglulega og endurnýtir leysiefni til að draga úr kostnaði og umhverfisáhrifum. Hagkvæmni endurvinnslu fer eftir gerð leysis, hreinleikakröfum og mengunarstigi. Sum forrit krefjast ónýtra leysiefna á meðan önnur taka við endurunnið efni.

Litíum rafhlöður þurfa lífræn leysiefni vegna þess að litíum bregst kröftuglega við vatni, sem gerir vatnskennda raflausn ómögulegt. Lífræn karbónat leysiefni leysa upp litíumsölt en haldast rafefnafræðilega stöðug yfir spennusvið rafhlöðunnar. Þeir mynda einnig hlífðar yfirborðsfilmur á rafskautum sem koma í veg fyrir frekara niðurbrot. Sérstök samsetning etýlenkarbónats með línulegum karbónötum veitir ákjósanlegu jafnvægi jónaleiðni og rafskautsvörn.

Lífræn leysiefni eru kolefnis-undirstaða vökvar sem eru nauðsynlegir í iðnaði frá lyfjafyrirtækjum til rafeindatækni, með yfir 200 mismunandi efnasamböndum sem þjóna sérhæfðum notkunum

Heilsu- og öryggisáhætta er mjög mismunandi eftir lífrænum leysum, allt frá tiltölulega góðkynja etanóli til krabbameinsvaldandi bensen, sem krefst strangs eftirlits með váhrifum og viðeigandi hlífðarbúnaðar

Lithium rafhlöðutækni byggir á lífrænum karbónatleysum sem leysa upp litíumsölt, leiða jónir á milli rafskauta og mynda hlífðarfilmur sem gera langan endingu rafhlöðunnar

Grænir kostir, þar á meðal lífrænir-leysar, náttúrulegir djúpir eutectic leysir og flúoruð efnasambönd koma smám saman í stað hættulegra leysiefna úr jarðolíu-

Val á leysiefnum krefst jafnvægis margra þátta, þar á meðal leysirafls, öryggissniðs, umhverfisáhrifa, kostnaðar og notkunar-sértækra frammistöðukrafna