正丁醇（n-Butanol），化学式C₄H₉OH，是一种直链伯醇

正丁醇（n-Butanol），化学式C₄H₉OH，是一种直链伯醇，广泛用作溶剂、化工中间体及生物燃料前体。其兼具极性与非极性特性，在工业中具有不可替代的地位。以下是其系统解析：

1. 基本特性

• 物理性质：

• 外观：无色透明液体，具特征性醇香。

• 沸点：117.7℃（中高沸点，挥发较慢）。

• 密度：0.810 g/cm³（20℃），与水部分混溶（7.7% w/w，20℃）。

• 闪点：35℃（可燃液体，蒸气爆炸极限1.4%～11.3%）。

• 冰点：-89.8℃，低温稳定性优异。

• 化学性质：

• 氧化性：可被氧化为丁醛→丁酸（需催化剂如K₂Cr₂O₇）。

• 酯化反应：与酸生成酯类（如邻苯二甲酸二丁酯，DBP）。

• 脱水反应：生成1-丁烯（酸性条件，高温）。

2. 生产方法

• 石油化工法（主流）：

• 丙烯羰基合成（Oxo法）：
  $\text{丙烯}+\text{合成气（CO/H₂）}\stackrel{\text{铑催化剂}}{\to }\text{丁醛}\stackrel{\text{加氢}}{\to }\text{正丁醇}$
  （工艺成熟，占全球产能70%以上）。

• 雷珀法（Reppe法）：乙炔与甲醛反应（已逐步淘汰）。

• 生物发酵法：

• 原料：玉米、甘蔗等生物质经丙酮-丁醇-乙醇（ABE）发酵。

• 菌种：梭菌属（Clostridium acetobutylicum）。

• 优势：可再生，但成本较高（需突破菌种效率瓶颈）。

• 新兴技术：

• 合成气直接转化：CO/H₂催化制丁醇（实验室阶段）。

• 代谢工程改造：优化微生物代谢路径提升产率。

3. 主要用途

• 溶剂领域：

• 涂料与油墨：硝基纤维素、环氧树脂的慢干溶剂，改善流平性。

• 电子清洗：精密仪器脱脂（需高纯度，残留＜10 ppm）。

• 化工中间体：

• 增塑剂：合成邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、醋酸丁酯（广泛用于PVC、涂料）。

• 表面活性剂：丁醇聚氧乙烯醚（非离子型乳化剂）。

• 医药合成：制备抗生素（如青霉素萃取剂）、维生素中间体。

• 能源材料：

• 生物丁醇燃料：替代汽油（与汽油混溶性优于乙醇，能量密度高）。

• 柴油添加剂：改善低温流动性，减少颗粒物排放。

• 其他应用：

• 香料定香剂：用于香水、食品香精（需食品级认证）。

• 金属萃取：湿法冶金中分离镍、钴。

4. 安全与环保

• 毒性：

• 急性毒性：低毒（LD50大鼠口服≈4.36 g/kg），但蒸气眼、呼吸道，高浓度致中枢抑制。

• 慢性影响：长期接触致皮炎（脱脂作用）、肝肾功能异常。

• 易燃性：

• 蒸气密度＞空气，需防爆通风（燃点343℃）。

• 灭火介质：泡沫、干粉、二氧化碳。

• 环境影响：

• 生物降解性：易降解（BOD₅/COD≈0.5），但高浓度抑制微生物活性。

• VOC排放：受《大气污染防治法》限制，需密闭工艺。

• 存储与运输：

• 镀锌钢桶或不锈钢罐密封，存于阴凉通风处。

• 运输标识为“易燃液体”（UN 1120，III类包装）。

5. 国际标准与分级

6. 替代与关联产品

• 替代品：

• 异丁醇：支链结构，挥发更快（用于快干漆），但毒性略高。

• 丙二醇醚：环保溶剂，但成本较高。

• 关联产品：

• 甲乙酮（MEK）：氧化产物，溶解力更强。

• 丁酸：用于香料、防腐剂。

7. 未来趋势

• 绿色合成：

• 生物基丁醇：利用纤维素废弃物发酵，降低碳排放（如Gevo公司技术）。

• 电化学合成：CO₂还原制丁醇（实验室阶段）。

• 高值化应用：

• 锂电电解液添加剂：提升电池低温性能（研究热点）。

• 医药载体：纳米药物递送系统的共溶剂。

• 政策驱动：

• 欧盟REACH限制传统增塑剂（DBP），推动环保替代品（如柠檬酸酯）。

注意事项

• 操作防护：
  佩戴防化手套（丁腈/氟橡胶）、护目镜，避免蒸气长期暴露。

• 泄露应急：
  用砂土吸附，严禁排入水体（对水生生物有毒）。

• 兼容性测试：
  用于塑料（如ABS、PC）时需验证溶胀性。