Blog

Ethylene Oxide là gì? Tính chất, ứng dụng và lưu ý an toàn

Ethylene oxide là một hợp chất hữu cơ quan trọng trong ngành hóa chất được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất nhiều hợp chất khác làm tác nhân tiệt khuẩn trong một số lĩnh vực chuyên dụng. Hợp chất này còn được biết đến với tên gọi oxirane và có công thức phân tử C2H4O.

Nhờ cấu trúc vòng ba cạnh đặc biệt, ethylene oxide có khả năng phản ứng cao. Tuy nhiên cũng là hóa chất cần được kiểm soát nghiêm ngặt do tính dễ cháy, độc tính và những nguy cơ đối với sức khỏe khi tiếp xúc không phù hợp.

Vậy ethylene oxide là gì, có tính chất như thế nào, được sản xuất ra sao và ứng dụng trong những lĩnh vực nào? Cùng tìm hiểu chi tiết dưới đây.

Ethylene Oxide là gì?

Ethylene oxide viết tắt là EO là một hợp chất hữu cơ có công thức

C2H4O

Công thức cấu tạo có thể được hình dung như một vòng ba cạnh gồm

  • Hai nguyên tử carbon.
  • Một nguyên tử oxygen.

Ethylene oxide thuộc nhóm epoxide, tức các ether vòng ba cạnh.

Chính cấu trúc vòng ba cạnh tạo ra sức căng vòng lớn khiến phân tử ethylene oxide có hoạt tính hóa học tương đối cao lại dễ tham gia các phản ứng mở vòng.

Tên gọi khác của ethylene oxide gồm

  • Oxirane.
  • Epoxyethane.
  • 1,2-Epoxyethane.

Trong công nghiệp, ethylene oxide chủ yếu được sử dụng như một chất trung gian để sản xuất ethylene glycol và nhiều dẫn xuất hóa học khác.

Công thức hóa học của Ethylene Oxide

Công thức phân tử của ethylene oxide là

C2H4O

Khối lượng mol của hợp chất vào khoảng

44,05 g/mol

Cấu trúc vòng của ethylene oxide khác với ethanol mặc dù hai chất có cùng số nguyên tử carbon và oxygen.

Ethylene oxide là ether vòng trong khi ethanol có công thức

C2H5OH

Sự khác biệt về cấu trúc khiến hai hợp chất có tính chất hóa học và ứng dụng hoàn toàn khác nhau.

Tính chất vật lý của Ethylene Oxide

Ở điều kiện thích hợp, ethylene oxide là một chất có nhiệt độ sôi thấp.

Một số đặc điểm đáng chú ý gồm

  • Công thức C2H4O.
  • Trạng thái khí hoặc chất lỏng dễ bay hơi tùy nhiệt độ và áp suất.
  • Không màu.
  • Có mùi đặc trưng ở nồng độ đủ cao.
  • Dễ cháy.
  • Có khả năng hòa tan trong nước và nhiều dung môi hữu cơ.
  • Có tính phản ứng cao.

Do nhiệt độ sôi thấp, ethylene oxide thường được lưu trữ và vận chuyển trong các hệ thống kín, có kiểm soát nhiệt độ, áp suất và nguồn gây cháy.

Ethylene Oxide thuộc nhóm chất nào?

Ethylene oxide thuộc nhóm epoxide.

Epoxide là các hợp chất ether vòng có vòng ba cạnh gồm hai nguyên tử carbon và một nguyên tử oxygen.

Vòng ba cạnh tạo ra góc liên kết nhỏ hơn so với cấu trúc ổn định thông thường của carbon.

Điều này làm tăng sức căng trong phân tử khiến epoxide dễ tham gia phản ứng mở vòng.

Do đó ethylene oxide là một nguyên liệu trung gian rất hữu ích trong tổng hợp hóa học.

Tính chất hóa học của Ethylene Oxide

Tính chất đặc trưng nhất của ethylene oxide là khả năng tham gia phản ứng mở vòng.

Vòng ba cạnh của phân tử có độ căng lớn nên có thể phản ứng với nhiều chất khác nhau.

Ethylene Oxide phản ứng với nước

Ethylene oxide có thể phản ứng với nước tạo ethylene glycol

C2H4O + H2O → HO-CH2-CH2-OH

Sản phẩm là

Ethylene glycol C2H6O2

Đây là một trong những phản ứng quan trọng nhất của ethylene oxide trong công nghiệp.

Ethylene Oxide phản ứng với Alcohol

Ethylene oxide có thể tham gia phản ứng với các alcohol trong điều kiện phù hợp tạo các hợp chất ether chứa nhóm hydroxyl.

Các sản phẩm dạng này được sử dụng làm nguyên liệu trong nhiều ngành như

  • Chất hoạt động bề mặt.
  • Dung môi.
  • Chất trung gian hóa học.
  • Sản xuất polymer.

Ethylene Oxide phản ứng với Ammonia

Ethylene oxide có thể phản ứng với ammonia để tạo các hợp chất ethanolamine.

Nhóm sản phẩm có thể gồm

  • Monoethanolamine.
  • Diethanolamine.
  • Triethanolamine.

Các ethanolamine được sử dụng rộng rãi trong

  • Chất tẩy rửa.
  • Chất hoạt động bề mặt.
  • Xử lý khí.
  • Mỹ phẩm.
  • Công nghiệp hóa chất.

Ethylene Oxide được sản xuất như thế nào?

Trong công nghiệp hiện đại, ethylene oxide chủ yếu được sản xuất từ ethylene C2H4.

Quá trình sản xuất dựa trên phản ứng oxy hóa ethylene bằng oxygen với hệ xúc tác phù hợp.

Phương trình tổng quát

2C2H4 + O2 → 2C2H4O

Quá trình này được thực hiện trong hệ thống công nghiệp được kiểm soát nghiêm ngặt.

Bên cạnh phản ứng tạo ethylene oxide, ethylene cũng có thể bị oxy hóa hoàn toàn thành carbon dioxide và nước.

Vì vậy, công nghệ sản xuất cần tối ưu độ chọn lọc nhằm tăng lượng ethylene oxide thu được.

Ethylene Oxide dùng để làm gì?

Ethylene oxide có nhiều ứng dụng nhưng phần lớn sản lượng được sử dụng làm nguyên liệu trung gian hóa học.

Sản xuất Ethylene Glycol

Ứng dụng lớn nhất của ethylene oxide là sản xuất ethylene glycol.

Phản ứng

C2H4O + H2O → HO-CH2-CH2-OH

Ethylene glycol tiếp tục được sử dụng trong

  • Sản xuất polyester.
  • Sản xuất PET.
  • Chất chống đông.
  • Chất tải nhiệt.
  • Công nghiệp hóa chất.

Đặc biệt PET là loại polymer phổ biến trong chai nhựa, bao bì và sợi polyester.

Như vậy ethylene oxide đóng vai trò gián tiếp rất quan trọng trong ngành polymer.

Sản xuất Polyethylene Glycol

Ethylene oxide có thể được polymer hóa hoặc oligomer hóa để tạo các polyethylene glycol PEG.

Cấu trúc tổng quát của PEG có thể biểu diễn

HO-(CH2CH2O)n-H

PEG được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như

  • Dược phẩm.
  • Mỹ phẩm.
  • Công nghiệp hóa chất.
  • Chất hoạt động bề mặt.
  • Chất bôi trơn.
  • Công nghệ vật liệu.

Tính chất của PEG thay đổi theo khối lượng phân tử.

Sản xuất chất hoạt động bề mặt

Ethylene oxide là nguyên liệu quan trọng trong quá trình ethoxylation.

Quá trình này đưa các đơn vị

-CH2CH2O-

vào phân tử ban đầu.

Các sản phẩm ethoxylated có thể được sử dụng làm

  • Chất nhũ hóa.
  • Chất làm ướt.
  • Chất phân tán.
  • Chất tẩy rửa.
  • Chất hoạt động bề mặt.

Chúng xuất hiện trong nhiều ngành như dệt may, vệ sinh công nghiệp và hóa chất chuyên dụng.

Ethylene Oxide trong tiệt khuẩn

Một ứng dụng nổi bật khác của ethylene oxide là tiệt khuẩn một số loại thiết bị và vật liệu nhạy cảm với nhiệt hoặc độ ẩm.

Ethylene oxide có khả năng bất hoạt nhiều loại vi sinh vật trong điều kiện kiểm soát thích hợp.

Phương pháp này có thể được sử dụng cho một số sản phẩm như

  • Dụng cụ nhựa.
  • Thiết bị có cấu trúc phức tạp.
  • Linh kiện nhạy nhiệt.
  • Một số sản phẩm đóng gói chuyên dụng.

Tuy nhiên, quy trình tiệt khuẩn bằng ethylene oxide phải được thực hiện trong hệ thống chuyên dụng với tuân thủ yêu cầu kiểm soát nghiêm ngặt.

Sau tiệt khuẩn sản phẩm thường cần trải qua giai đoạn thông khí để giảm lượng ethylene oxide còn lưu lại.

Vì sao Ethylene Oxide có khả năng tiệt khuẩn?

Ethylene oxide có hoạt tính hóa học cao có thể phản ứng với một số nhóm chức trong protein, enzyme và vật liệu di truyền của vi sinh vật.

Sự biến đổi này làm gián đoạn các quá trình sinh học thiết yếu từ đó bất hoạt vi sinh vật.

Đặc điểm nổi bật của phương pháp này là có thể thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn nhiều phương pháp tiệt khuẩn bằng nhiệt.

Đây là lý do ethylene oxide được sử dụng cho một số vật liệu không chịu được nhiệt độ cao.

Ethylene Oxide có trong thực phẩm không?

Ethylene oxide không phải là thành phần được sử dụng như một chất dinh dưỡng trong thực phẩm.

Trong một số trường hợp, dư lượng ethylene oxide hoặc sản phẩm chuyển hóa liên quan có thể trở thành vấn đề cần kiểm soát nếu hóa chất này được sử dụng không phù hợp trong chuỗi sản xuất hay khử khuẩn.

Vì vậy nhiều quốc gia có quy định và giới hạn nghiêm ngặt liên quan đến dư lượng ethylene oxide trong thực phẩm.

Người tiêu dùng không nên nhầm ứng dụng tiệt khuẩn công nghiệp với việc ethylene oxide là một phụ gia thực phẩm thông thường.

Ethylene Oxide có độc không?

Ethylene oxide là hóa chất có nguy cơ đáng kể đối với sức khỏe và cần được quản lý nghiêm ngặt.

Tiếp xúc với ethylene oxide có thể xảy ra qua

  • Hít phải.
  • Tiếp xúc da.
  • Tiếp xúc mắt.

Phơi nhiễm có thể gây kích ứng với ảnh hưởng đến hệ thần kinh ở mức độ phụ thuộc nồng độ và thời gian.

Đặc biệt, ethylene oxide được các cơ quan chuyên môn quốc tế xếp vào nhóm chất có khả năng gây ung thư ở người khi phơi nhiễm nghề nghiệp kéo dài.

Do đó, các cơ sở sử dụng ethylene oxide cần có

  • Hệ thống kín.
  • Thông gió phù hợp.
  • Giám sát nồng độ.
  • Quy trình xử lý rò rỉ.
  • Trang bị bảo hộ.
  • Kiểm soát tiếp xúc nghề nghiệp.

Ethylene Oxide có dễ cháy không?

Có.

Ethylene oxide là chất dễ cháy có thể tạo hỗn hợp nguy hiểm với không khí trong những điều kiện nhất định.

Ngoài ra do có hoạt tính hóa học cao nên ethylene oxide cần được bảo quản trong điều kiện kiểm soát nhằm hạn chế

  • Nguồn nhiệt.
  • Tia lửa.
  • Tĩnh điện.
  • Chất không tương thích.
  • Polymer hóa ngoài kiểm soát.

Đây là lý do việc lưu trữ ethylene oxide trong công nghiệp đòi hỏi thiết bị chuyên dụng.

Ethylene Oxide khác Ethylene Glycol như thế nào?

Ethylene oxide

C2H4O

Ethylene glycol

C2H6O2

Ethylene oxide là epoxide vòng có độ phản ứng cao và nhiệt độ sôi thấp.

Trong khi đó, ethylene glycol là diol

HO-CH2-CH2-OH

Ethylene glycol là chất lỏng có nhiệt độ sôi cao hơn được sử dụng trong chất chống đông, polyester và nhiều ứng dụng khác.

Hai chất có mối liên hệ

Ethylene oxide + H2O → Ethylene glycol

Nhưng chúng không phải là cùng một hóa chất.

Ethylene Oxide và ngành Polymer

Ethylene oxide có vai trò quan trọng đối với ngành polymer dù bản thân nó chủ yếu là nguyên liệu trung gian.

Một chuỗi sản xuất điển hình là

Ethylene → Ethylene oxide → Ethylene glycol → PET

Trong đó

  • Ethylene là nguyên liệu hóa dầu.
  • Ethylene oxide là chất trung gian.
  • Ethylene glycol là monomer quan trọng.
  • PET là polymer cuối cùng.

Ngoài ra, ethylene oxide còn trực tiếp tạo ra polyethylene glycol và nhiều polyether khác.

Điều này cho thấy EO là mắt xích quan trọng trong chuỗi giá trị hóa dầu và polymer.

Bảo quản Ethylene Oxide cần lưu ý gì?

Ethylene oxide cần được quản lý như hóa chất nguy hiểm.

Trong môi trường công nghiệp yêu cầu bảo quản thường tập trung vào

  • Hệ thống kín.
  • Kiểm soát nhiệt độ.
  • Kiểm soát áp suất.
  • Tránh nguồn gây cháy.
  • Thiết bị chống tĩnh điện.
  • Phát hiện rò rỉ.
  • Thông gió phù hợp.
  • Tuân thủ SDS của nhà sản xuất.

Không nên tự ý thao tác với ethylene oxide ngoài các cơ sở được thiết kế cả kiểm soát chuyên nghiệp.

Ethylene oxide là hợp chất hữu cơ có công thức C2H4O còn được gọi là oxirane hoặc epoxyethane là một epoxide vòng ba cạnh có hoạt tính hóa học cao.

Ứng dụng quan trọng nhất của ethylene oxide là làm nguyên liệu sản xuất ethylene glycol từ đó tiếp tục tạo polyester và PET. EO cũng được sử dụng để sản xuất polyethylene glycol, ethanolamine, chất hoạt động bề mặt và nhiều hóa chất trung gian khác.