اسید فرمیک
اسید فرمیک یا متانوئیک اسید ساده‌ترین اسید کربوکسیلیک با فرمول شیمیایی HCOOH است. این ترکیب بی‌رنگ، خورنده و با بوی تند، یافت می‌شود و هم به‌طور صنعتی تولید می‌گردد. به دلیل خواص شیمیایی ویژه، اسید فرمیک کاربردهای وسیعی در صنایع شیمیایی، کشاورزی، چرم‌سازی و نساجی دارد.
ساختار شیمیایی اسید فرمیک
-
فرمول مولکولی: HCOOH
-
گروه عاملی: کربوکسیلیک اسید (–COOH) با یک اتم هیدروژن متصل مستقیم به کربن کربونیل.
-
ویژگی: کوچک‌ترین و ساده‌ترین عضو خانواده اسیدهای کربوکسیلیک.
ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی
-
حالت فیزیکی: مایع بی‌رنگ و تندبو.
-
چگالی (در 20°C): حدود 1.22 g/cm³
-
نقطه ذوب: 8.4 °C
-
نقطه جوش: 100.8 °C
-
فشار بخار: متوسط (43 mmHg در 20°C)
-
حلالیت: به‌طور کامل در آب، اتانول و بسیاری از حلال‌های آلی محلول است.
-
pKa: حدود 3.75 (نسبتاً اسیدی‌تر از سایر اسیدهای کربوکسیلیک مشابه).
کاربردهای اسید فرمیک
-
کشاورزی و دامداری: نگهدارنده و ضدباکتری در خوراک دام و سیلوها.
-
چرم‌سازی و نساجی: عامل دباغی و تنظیم‌کننده pH.
-
صنایع شیمیایی: به عنوان ماده خام در سنتز فرمات‌ها و استرها.
-
صنایع غذایی: در مقادیر مجاز به عنوان نگهدارنده (E236).
-
محیط‌زیست: به عنوان عامل کاهش‌دهنده در تصفیه فاضلاب صنعتی.
معایب اسید فرمیک
-
خورنده و تحریک‌کننده پوست، چشم و دستگاه تنفسی.
-
در دوزهای بالا می‌تواند سمی باشد.
-
حمل‌ونقل و ذخیره‌سازی نیاز به دقت بالا دارد.
مزایای اسید فرمیک
-
چندمنظوره و پرکاربرد در صنایع مختلف.
-
تولید آسان و اقتصادی در مقیاس صنعتی.
-
حلالیت بالا در آب و قابلیت ترکیب با بسیاری از حلال‌های آلی.
-
ایمنی نسبی در دوزهای پایین و مجاز برای استفاده در صنایع غذایی و کشاورزی.
ایمنی و نگهداری اسید فرمیک
-
باید در ظروف مقاوم به خوردگی و در مکان خشک و خنک نگهداری شود.
-
استفاده از دستکش، ماسک و عینک ایمنی هنگام کار الزامی است.
-
باید از تماس مستقیم با پوست و چشم جلوگیری شود.
-
در صورت نشت، رقیق‌سازی با آب و تهویه مناسب توصیه می‌شود.
فرایند تولید اسید فرمیک
1. روش صنعتی متداول
-
تولید از طریق واکنش مونوکسید کربن (CO) با هیدروکسید سدیم (NaOH) → حاصل آن سدیم فرمات (HCOONa) است.
-
سپس سدیم فرمات با اسید سولفوریک (H₂SO₄) واکنش داده و اسید فرمیک آزاد می‌شود.
2. روش‌های دیگر
-
اکسیداسیون جزئی متانول.
-
استخراج از منابع طبیعی (مانند نیش مورچه و برخی گیاهان).
برای تولید اسید فرمیک با خلوص بالا (غلیظ‌ترین گرید ۸۵٪)، خوراک اصلی شامل متانول صنعتی یا متیل فرمیات و کربن مونوکسید است. تأمین‌کننده مواد اولیه باید گریدهای مرغوب را از منابع معتبر خارجی یا داخلی تهیه کند و قبل از ورود به خطوط تولید، آزمون‌های خلوص، آب‌زاد بودن و نبود فلزات سنگین روی آنها اجرا شود.
تولید متیل فرمیات (روش غیرمستقیم)
در این مسیر، ابتدا متیل فرمیات از واکنش کربن مونوکسید با متانول در حضور کاتالیست قلیایی (مثلاً NaOMe) سنتز می‌گردد. CO + CH₃OH → HCOOCH₃ این مرحله در دمای 100–150°C و فشار 20–30 بار انجام می‌شود تا بیشینه تبدیل حاصل شود.
هیدرولیز متیل فرمیات (روش غالب)
بیش از ۹۰٪ اسید فرمیک صنعتی از هیدرولیز متیل فرمیات حاصل می‌شود.
- شرایط واکنش: دمای 80–100°C، فشار نزدیک به اتمسفر، افزودن کاتالیست اسیدی ملایم (H₂SO₄ رقیق یا رزین‌های تبادل یونی).
- مکانیسم: متیل فرمیات در آب هیدرولیز شده و اسید فرمیک به همراه متانول بازیابی می‌گردد. HCOOCH₃ + H₂O → HCOOH + CH₃OH
- جداسازی: با تقطیر مقطعی، متانول احیا و به راکتور بازگردانده می‌شود؛ اسید فرمیک کنسانتره در مرحله بعدی آماده‌سازی می‌شود.
اکسیداسیون مستقیم متانول (روش جایگزین)
در این روش، متانول گازی در فاز گازی و بر روی کاتالیست‌های پلاتینیوم یا وانادیا تحت دمای 250–300°C و فشار 10–30 بار اکسید می‌شود: CH₃OH + ½O₂ → HCOOH + H₂O محصول گازی وارد ستون جذب آبی می‌شود و اسید فرمیک به صورت محلول درآب است. این مسیر برای مقیاس‌های کوچک به‌کار می‌رود اما بازده عملی آن کمتر از روش متیل فرمیات است.
روش الکتروشیمیایی اسید فرمیک
در راکتور الکتروشیمیایی، کربن مونوکسید در محلول آبی به‌وسیله جریان الکتریکی در سطح الکترودهای خاص (فلز دی‌پلاتین یا کربن فعال) اکسید می‌شود و اسید فرمیک تولید می‌گردد. این روش هنوز در مقیاس صنعتی متداول نیست اما به‌عنوان یک مسیر سبز در حال توسعه است.
خالص‌سازی و تقطیر
پس از تولید اولیه، محلول اسید فرمیک دارای ۵۰–۶۰٪ غلظت است. برای رسیدن به گرید ۸۵٪:
- تقطیر جزئی تحت خلأ (100–120°C at 50–100 mbar)
- جداسازی آب آزاد و ناخالصی‌های سبک
- تمرکز مجدد در برج وکیوم تا رسیدن به خلوص ≥85٪
این مراحل باید در تجهیزات ضدخوردگی (فولاد ضدزنگ یا آلیاژهای خاص) انجام شود تا رنگ و طعم اسید تغییری نکند.
کنترل کیفیت و تضمین استاندارد
هر بچ تولیدی اسید فرمیک باید آزمون‌های زیر را پشت سر بگذارد:
- اندازه‌گیری غلظت (By titration or HPLC)
- تعیین فلزات سنگین (ICP-OES)
- آزمون رنگ و شفافیت (امتیاز ≤5 Hazen)
- آنالیز pH محلول 1% (حدود 2.2–2.4)
در تأمین کالا تک اطمینان می‌دهد که محصول نهایی کاملاً مطابق استانداردهای بین‌المللی باشد.
بسته‌بندی و نگهداری اسید فرمیک
- بسته‌بندی: در مخازن IBC و بشکه‌های پلی‌اتیلنی با درپوش پلمپ‌شده
- شرایط نگهداری: دمای 5–30°C، دور از نور مستقیم و منابع حرارتی
- حمل‌ونقل: به‌عنوان خطر درجه ۸ (خوردگی) طبقه‌بندی می‌شود و باید طبق مقررات حمل مواد شیمیایی جابجا گردد.
جنبه بازاریابی و مزیت‌های رقابتی
- روش هیدرولیز متیل فرمیات، بالاترین بازده و کمترین آلایندگی را دارد.
جمع‌بندی
اسید فرمیک به عنوان یک ماده شیمیایی پایه و چندمنظوره، در صنایع مختلف جایگاهی ویژه دارد. با وجود خاصیت خورندگی و نیاز به رعایت نکات ایمنی، مزایای گسترده آن در کشاورزی، صنایع غذایی و شیمیایی باعث شده است که تقاضای این ماده در بازار جهانی همواره بالا باشد.
