مونو اتانول آمین چیست؟

مونو اتانول آمین یا MEA ترکیبی با خاصیّت دوگانۀ آمینی-الکلی است که همین ویژگی، کاربردهای متفاوتی را برای آن پدید آورده است. وجود توأمان گروه هیدروکسیل (OH) و گروه آمین نوع اول (NH₂) در ساختار،  خواص یکتای این ترکیب را، همچون حلالیّت بالا در آب، واکنش‌پذیری زیاد، ماده فّعال سطحی یا سورفکتانت( سورفکتانت چیست؟ )، خواص بافری و … توجیه می‌کند. چنین ویژگی‌هایی، MEA را مستعدّ استفاده به‌عنوان مادۀ خام اولیه در شمار زیادی  از فرآیند‌ها و واکنش‌های شیمیایی می‌سازد. افزون‌براین، مونو اتانول امین می‌تواند به‌تنهایی در کاربردهایی نظیر شیرین‌سازی گاز، تنظیم کشش سطحی، نرم‌کنندگی منسوجات و… به‌کار گرفته شود.

ساختار شیمیایی مونو اتانول امین

به‌‎طور عمومی، مونو اتانول ‌آمین، با فرمول شیمیایی  C₂H₇NO توصیف می‌‎شود. همان‌گونه که پیش‌تر اشاره شد، MEA به‌‌طور توأمان هر دو خاصیّت آمینی و الکلی را در بر می‌گیرد. برهمین‌مبنا می‌توان ویژگی‌ها و خواص ترکیب را نیز بر اساس وابستگی به گروه عاملی مربوطه تقسیم‌بندی کرد.

گروه آمین:

• حضور آمین نوع اول در ساختار MEA به کاهش pH ترکیب انجامیده است و MEA را به نوعی باز ضعیف مبدّل ساخته است. این ویژگی به جذب پروتون (H⁺) و ساختارهای اسیدی کمک می‌کند و دلیل اصلی استفاده از این ترکیب در شیرین‌سازی گاز به‌کمک جذب اسیدهایی مانند CO₂ و یا H₂S است. افزون‌براین، واکنش‌های اسید-آمین به شکل‌گیری نمک‌های مختلف آمونیوم منتهی می‌شود که خود، مصارف گسترده‌ای در صنایع گوناگون دارد.
• یکی دیگر از ویژگی‌هایی که به‌سبب حضور گروه آمین در ساختار تقویت می‌شود، حلالیّت در آب است. حلالیّت بالای آمین در آب، در کنار امکان تشکیل پیوند‌های هیدروژنی، پایداری این ترکیب در آب و سایر حلال‌های قطبی را افزایش داده است.
• ازسوی‌دیگر وجود جفت‌الکترون ناپیوندی در اتم نیتروژن امکان تشکیل پیوند کئوردیناسیونی یا داتیو و متعاقباً تشکیل پیچیده‌های فلزی را فراهم می‌سازد.

گروه الکل:

• از مهم‌ترین ویژگی‌های گروه الکلی ساختار، امکان‌پذیری واکنش‌های اسیدی گوناگون است. واکنش‌های اسیدی MEA که به تشکیل استر و آزادسازی آب می‌انجامند، منشأ تشکیل استرهایی با خواص گوناگون و منحصربه‌فرد است. ساختار هسته‌‎دوست اتم هیدروژن، انجام شمار زیادی از واکنش‌های مختلف را، از جمله واکنش‌های آلکیلاسیون ممکن می‌سازد.
• یکی دیگر از واکنش‌‎های مهم که به سبب حضور گروه الکلی در ساختار MEA امکان‌پذیر است، واکنش با ایزوسیانات و تشکیل یورتان است. اگرچه MEA، از ترکیبات اصلی پلی‌یورتان‌های رایج به‌شمار نمی‌رود، بااین‌حال در چنین سامانه‌هایی به‌عنوان کاتالیزور و همین‌طور گسترده‌کنندۀ زنجیر به‌کار گرفته می‌شود.
• بر خلاف گروه آمین، گروه الکلی ساختار MEA خاصیّتی اسیدی و پروتون‌دهنده دارد که ساختار را به اسیدی ضعیف تبدیل می‌کند. این خاصیت دوگانۀ اسیدی-بازی در ساختار MEA، اصلی‌ترین دلیل استفاده از آن در سامانه‌های بافری و در راستای حفظ pH است.

مطابق با توضیحات بالا، مونو اتانول آمین به‌سبب ساختار دوگانۀ خود قادر است هم در واکنش‌های الکلی و هم در واکنش‌های آمینی شرکت کند. چنین ویژگی، گسترۀ کاربردی این ترکیب را وسعت می‌بخشد.

فرآیند تولید monoethanolamine

رایج‌ترین شیوۀ تولید MEA، واکنش اتیلن‌اکساید با آمونیوم است. عموماً در چنین واکنش‌هایی، افزون بر مونو اتانول آمین، دی اتانول آمین (DEA) و تری اتانول آمین (TEA) نیز به‌عنوان محصولات جانبی تولید می‌شوند. طبیعتاً نرخ تولید هر یک از این عناصر وابسته به نسبت استوکیومتری واکنش‌دهنده‌ها است.

کاربردها و صنایع وابسته به MEA

1. نفت، گاز، پتروشیمی:

   • یکی از مهم‌ترین مصارف MEA، شیرین‌سازی گاز است. مطابق با آن‌چه پیش‌تر اشاره شد، MEA می‌تواند با جذب هیدروژن‌دی‌سولفید (H₂S) و کربن‌دی‌اکسید (CO₂) از جریان گاز طبیعی، به شیرین‌سازی گاز منجر شود.

2. صنایع شیمیایی:

   • همان‌گونه که در بخش خواص شیمیایی به‌تفصیل بررسی شد، واکنش‌پذیری بالای MEA، موجب می‌شود که به‌عنوان مادۀ واسطۀ شیمیایی در بسیاری از واکنش‌ها، فرآیندها و صنایع شیمیایی به‌کار گرفته شود. لازم به توضیح است که بخش مهمی از مصرف مونو اتانول آمین به تولید دی اتانول آمین و تری اتانول آمین اختصاص دارد.

3. نساجی:

   • یکی از کاربردهای MEA، استفاده به‌عنوان نرم‌کننده در صنعت نسّاجی است. واکنش این ترکیب با سطح منسوجات سلولزی مانند پنبه، به نرمی پارچه و متعاقباً احساس بهتر پوست در برخورد با پارچه می‌انجامد. ازسوی‌دیگر، MEA به‌واسطۀ خاصیّت بافری خود، در فرآیند رنگرزی منسوجات نیز کاربرد یافته است.

4. پلیمر، رنگ، رزین، پوشش:

   • چنان‌چه پیش‌تر اشاره شد، واکنش MEA با ایزوسیانات‌ها به تشکیل یورتان منجر می‌شود. اگرچه این ترکیب مستقیماً در ساختار پلی‌یورتان‌های دوجزئی به‌کار گرفته نمی‌شود، بااین‌حال می‌تواند به‌عنوان عامل گسترده‌سازی زنجیر در چنین سامانه‌هایی ایفای نقش کند. در سامانه‌های پلیمری، به‌ویژه رزین‌های پایه‌آب، MEA قادر است در راستای خنثی‌سازی pH نقش‌آفرینی کند. علاوه بر موارد یادشده، MEA در برخی از سامانه‌های پلیمری به‌عنوان عامل تشکیل اتّصالات عرضی و یا افزایش‌دهندۀ سرعت پخت به‌کار می‌رود.

5. ساخت و ساز:

   • از مهم‌ترین مصارف MEA، کمک به فرآیند آسیاب سیمان است. در حقیقت، این ترکیب با اصلاح برهم‌کنش‌های جاذبه-دافعه، مانع از تجمّع ذرّات کوچک‌تر می‌شود. چنین موضوعی به بهبود دانه‌بندی نهایی سیمان منجر می‌شود. استفاده از MEA به‌عنوان افزودنی در ساختار بتن نیز می‌تواند خواصی را نظیر پراکنش بهتر، پایداری بالاتر و گاهی pH بهینه پدید آورد.

6. کاغذسازی و سلولز:

   • یکی از مقدّمات فرآیند خمیرسازی در صنایع کاغذ، لیگنین‌زدایی از چوب است. طیّ این فرآیند، لیگنین از سلولز جدا می‌شود تا خمیر آمادۀ پردازش‌های بعدی شود. MEA در فرآیند لیگنین‌زدایی، جایگزین مناسبی برای ترکیبات حاوی گوگرد به‌شمار می‌رود.

7. فلزکاری و روانکاری:

   • عموماً MEA به‌‌سب دو ویژگی خاص خود، به‌عنوان افزودنی در فرآیند فلزکاری استفاده می‌شود؛ در وهلۀ نخست به سبب ویژگی‌های حرارتی مطلوبش، برای خنک‌سازی قطعه به جریان افزوده می‌شود و در درجۀ دوم  از MEA به‌عنوان روان‌کننده و در جهت کاهش اصطکاک و تسهیل حرکت سطوح بهره گرفته می‌شود.

8. صنایع غذایی:

   • خواص فیزیکی-شیمیایی یکتای مونو اتانول‌ آمین و ماهیّت دوگانۀ الکیلی-آمینی آن، استفاده از این ترکیب را در کاربردهایی نظیر استخراج افزایش داده است. از این ترکیب در فرآیند‌های وابسته استخراج پروتئین، یا فرآیندهایی نظیر استخراج پوستۀ درخت استفاده می‌شود.

علاوه بر موارد ذکرشده، حضور MEA در محلول به پخش بیشتر سایر اجزای سامانه و پایداری بیشتر پراکنۀ موردنظر می‌انجامد.  از سوی دیگر، مطابق با آن‌چه پیش‌تر مطرح شد، بسته به نیاز، MEA ممکن است در محلول بافر و در راستای تنظیم pH نیز به‌کار گرفته شود.

ملاحظات زیست‌محیطی مونواتانول امین

به‌طور کلّی، مونو اتانول آمین ترکیبی سمّی به‌شمار نمی‌‌رود. بااین‌حال استنشاق و یا تماس زیاد این ترکیب با پوست، خطرناک است و استفاده از این ترکیب مستلزم رعایت دقیق مسائل ایمنی است. از سوی دیگر، MEA زیست‌تخریب‌پذیر است امّا تخلیۀ این ترکیب به درون آب‌ها، زندگی آبزیان را با تهدید می‌کند. ازاین‌روی، علی‌رغم زیست‌تخریب‌پذیری MEA، نمی‌توان این ترکیب را در دستۀ ترکیبات دوستدار محیط زیست به‌شمار آورد.