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【背景及概述】[1][2][3]
二氯甲烷又名次甲基氯,亞甲基氯、甲叉氯、氯甲撐。分子式CH2Cl2,無色易揮發的液體,有類似醚的芳香味,有刺激性。溶于乙醇和乙醚,微溶于水。受高熱會產生劇毒的光氣煙霧,其蒸汽對皮膚、眼睛都有刺激性,吸入會使人麻醉或休克,大鼠口服致死中量1.6mg/kg。空氣中最大容許濃度為500ppm。相對比重1.326(20℃),冰點-96.7℃;沸點40℃;自燃點615℃;爆炸極限15.5%~66.4%(在氧氣中)。應存放于陰涼通風處,遠離火種熱源,避免日光曝曬,儲存應與氧化劑、硝酸隔離,當溫度超過 30℃時要采取降溫措施。消防方法小火時可用水、干粉和二氧化碳,大火時用泡沫和霧狀水。注意要冷卻容器,操作時戴防護工具。人中毒時先有頭痛、惡心等癥狀,嚴重時會造成昏迷以至死亡,故不可大意,發現有中毒現象首先迅速撤離污染區,在新鮮空氣處,做人工呼吸,如進入口內,立即漱口,并送醫院救治,聯合國編號(UN No.)1593/6127/6.1-02/ 340,國內品名編號61552,屬有機有毒品。二氯甲烷由于在常溫常壓下極易揮發,因而生產過程中易損耗,從而對環境造成污染。目前,清潔生產要求節約原材料和能源減少和降低污染物的排放,降低環境污染。企業在生產中要結合實際,盡可能地控制尾氣的排放,減輕末端治理的壓力。因此,二氯甲烷尾氣回收方法的研究也就顯得十分必要。
【合成】[2]
由甲烷經高溫氯化后,分餾制得:
【回收方法】[3]
1.冷凝法
冷凝法是利用不同溫度下二氯甲烷的飽和蒸汽壓的不同,通過降溫的方法使二氯甲烷冷凝下來而達到處理尾氣的目的。其優點是投資少,缺點是只適用于高濃度的二氯甲烷尾氣(含量一般須在幾百克/m3以上)。一般的工業尾氣中二氯甲烷濃度較低,而且二氯甲烷的飽和蒸汽壓較高,用冷凝法處理后的尾氣仍含有大量的二氯甲烷,須進一步治理。因此,冷凝法一般只作為預處理方法使用。
2.吸收法
吸收法是將二氯甲烷尾氣與吸收劑接觸,或采取噴淋、逆流等方式,在吸收塔內完成,吸收液有柴油、DOP 等高沸點溶劑,也可用添加助溶劑、凝聚劑、活性劑的水。吸收法適合中高濃度(2 g/m3以上)和中小排風量(104 m3/h以下)的治理,對低濃度、大風量有機廢氣治理效率低。吸收法存在吸收液的后處理麻煩、會帶來二次污染和二次治理等問題。
3.吸附法
吸附法是用活性炭或活性炭纖維對二氯甲烷尾氣進行吸附凈化,尤其對低濃度二氯甲烷尾氣的吸附,是最有效的方法。該方法對有機烴類的吸附較好,吸附后的有機物用水蒸氣進行脫附,冷凝回收。吸附回收法最適合處理的是高濃度(2 g/m3以上)單組份有機物,而對于多組份及易溶于水的溶劑用該法處理后需進行后續精餾。用該方法處理后的尾氣能達到排放標準,對環境治理有較大的意義。
4.焚燒法
焚燒法包括熱力焚燒法和催化燃燒法兩種。熱力焚燒法是用燃料(油或氣)助燃于600 ℃以上,將有機物燒掉。該法適于高濃度并穩定排放的有機廢氣治理,如果濃度排放不穩定,有時會熄火,排放的濃度低時耗能巨大。催化燃燒法則是將有機物在催化劑的作用下,于300~400 ℃將有機物轉化成CO2 和H2O。其優點是反應溫度低,有機物在催化劑上轉化率達到90%的溫度一般低于350 ℃。其適于高濃度(3 g/m3以上)小風量(5 000 m3/h 以下)穩定排放的有機廢氣的治理;不適合低濃度、大風量有機廢氣的治理。催化燃燒法為最終處理設備,無后處理和二次污染的問題,適用于非防爆企業環境廢氣的處理。
5.綜合法
從應用情況來看,單一法較適于處理氣體量小、污染物濃度高的氣體,但對于目前國內許多工藝過程產生的氣量大、低濃度(直接排放且超標)的二氯甲烷廢氣來說,單一法的凈化治理工藝主要存在2 個缺陷:一是凈化設備運行耗能與高運轉費用問題在此條件下較為突出,成本和費用較高;二是有些工藝存在效率不高和二次污染問題,處理效果也不能令人滿意,從而影響了工藝的大面積推廣和應用。目前,在制藥生產中,將兩種或兩種以上單一法進行結合,用于二氯甲烷尾氣的回收。
【應用】[3][4]
二氯甲烷可用作溶劑、牙科局部麻醉劑、致冷劑及滅火劑。呼吸道吸收迅速。屬中等毒性,大鼠經口LD501.6~2.0g/kg(體重),小鼠吸入8小時半數致死濃度為56.2g/m3。屬典型麻醉劑,吸入對呼吸道有刺激作用,可致肺水腫,對肝、腎毒性較低。小鼠涂皮,可致皮膚腫瘤。多種動物吸入6個月以上腫瘤發生率未見增高。鼠傷寒沙門氏菌致突變試驗陽性。人急性中毒可有眩暈、頭痛、嘔吐、眼及上呼吸道刺激癥狀,嚴重者可昏迷、死亡。長期過量接觸有中毒性神經衰弱綜合征及因酒醉感而致判斷能力下降。美國(ACGIH)規定車間空氣閾限值為100ppm (350mg/m3)。二氯甲烷除用于有機合成外,常用作乙酸纖維素、電影膠片等易燃物的不燃性溶劑,也可用作脫漆劑、萃取劑、滅火劑、冷凍劑等。可由天然氣或氯甲烷高溫氯化而得。二氯甲烷在制藥企業作為溶劑被大量使用,
【毒性】[5]
1. 一般毒性小鼠:DCM 經口半數致死量為2 640mg /kg,小鼠、大鼠DCM 半數致死濃度分別為51 860、74 760 mg /m3,大鼠蓄積系數大于5。DCM對人體皮膚有刺激作用,嚴重時可灼傷皮膚; DCM對家兔眼睛有刺激作用,可使眼睛持久流淚同時眼內壓上升,引起結膜充血、水腫及分泌物增多等炎癥反應,且劑量愈大損害程度也愈嚴重; 同時還會導致角膜厚度增加。DCM 濺入人眼后,可出現雙眼刺痛、畏光、溢淚、視物模糊、眼瞼輕度紅腫、結膜充血和角膜霧狀渾濁等癥狀和體征。
2. 遺傳毒性Ames :空氣染毒實驗中,TA98 菌株和TA100 菌株在質量濃度為22. 17~709. 33 mg /L 的DCM 環境中均出現致突變陽性結果,表明DCM 有致突變性,能引起基因突變。DCM 對人周圍血單核細胞具有高度細胞毒性,從健康男性體內分離的PBMCs 暴露于質量濃度為56. 85~1 895. 00 mg /m3 的DCM 72 h,有絲分裂指數隨著染毒劑量的增加而降低,細胞增殖能力在DCM 質量濃度為473. 00 mg /m3 時開始下降,姐妹染色單體交換率在DCM 質量濃度為473. 00 mg /m3 時開始上升。
3. 致癌性:流行病學研究發現,DCM 的致癌性主要集中在肝臟和肺臟,肝癌已成為研究其毒性作用的焦點。15 000 mg /m3 劑量組雄性小鼠肝臟腫瘤發生率由44%上升到66%; 各劑量組雌性小鼠肝臟腫瘤發生率則由6%上升到83%。人群研究發現,DCM 的接觸人群與包括腦腫瘤、肝臟和膽道癌、非霍奇金淋巴瘤和多發性骨髓瘤在內的幾種特定癌癥發病風險上升有一定關系。另有研究表明,DCM 使GST 的中間代謝產物與DNA 相互作用,影響細胞有絲分裂,從而引起小鼠肺部癌細胞的擴散。但DCM 的確切致癌機制目前尚不清楚。
4. 生殖發育毒性:予小鼠每天靜式吸入質量濃度分別為0、2593、5 186 和10 372 mg /m3 的DCM 2 h,連續6 d,結果顯示,隨染毒劑量的增加小鼠受精卵著床率下降,受孕率下降,胎死率上升。在一定濃度范圍,DCM 有一定的生殖毒性,但尚未發現有明顯的發育毒性。
5. 神經毒性:將昆明種小鼠分為0、1 897、12 806 和32 015 mg /m3 4 個劑量組,常規靜式吸入染毒7 d,采用迷宮食餌記憶測定法研究發現,隨染毒劑量的增大,小鼠的記憶力有所減退,其劑量-效應關系呈高度正相關。
6. 免疫毒性:DCM 對動物和人的免疫功能均有抑制作用,家兔每天吸入質量濃度為100 mg /m3 的DCM 6~8 個月,肺泡巨噬細胞的吞噬率和吞噬指數均有下降。昆明種雌性小鼠以質量濃度為0. 00、1. 92、5. 76、17. 29 mg/L 的劑量每天靜式吸入DCM 2 h,連續7 d,結果顯示隨著染毒劑量的增高,小鼠腹腔巨噬細胞的吞噬率和吞噬指數均呈下降趨勢,表明DCM 對機體免疫系統敏感,會導致不良影響。
7. 其他毒性:將SD 大鼠每天暴露于質量濃度為0、200、800 和2 000 mg /m3 的DCM 中6 h,每周暴露5 d,連續染毒2 年,結果顯示,大鼠肝細胞出現空泡變性、脂肪肝和壞死。在某醫藥生產企業,接觸DCM 作業工人DCM 急性中毒的主要癥狀為神經系統癥狀,未發現明顯的肝異常情況。另有報道,DCM 中毒患者肝區有叩擊痛并出現黃疸,腹部B 超顯示肝回聲增強,肝功能相關指標丙氨酸氨基轉移酶、天冬氨酸氨基轉移酶和谷氨酰轉肽酶均高于正常參考值。DCM 肝毒性機制可能是肝細胞內質網經羥化酶作用產生自由基,自由基可與細胞內和細胞膜的大分子發生共價結合,酶功能失活導致脂質過氧化,改變膜結構完整性,導致溶酶體破裂和線粒體損傷及細胞內鈣流失控,進而引起肝細胞損害。人體吸入DCM 后可引起心律失常,嚴重時可導致心臟出血。
【主要參考資料】
[1] 集裝箱運輸業務技術辭典·下冊.
[2] 化學詞典.
[3] 楊京霞, 張志艷, 徐智策. 二氯甲烷回收方法的研究進展[J]. 河北化工, 2011, 34(9): 14-15.
[4] 環境科學大辭典.
[5] 楊飛飛, 張海東, 王瑞. 二氯甲烷毒性研究進展[J]. 中國職業醫學, 2015, 42(6): 692-694.