کاربردهای صنعتی اسید فرمیک چیست؟

اسید فرمیک یکی از ساده‌ترین اسیدهای کربوکسیلیک است که در فرم مایعی بی‌رنگ، خورنده، فرار با بوی تند به صورت صنعتی تولید می‌شود. این اسید که به نام جوهر مورچه هم شناخته می‌شود، برای اولین بار از طریق تجزیه بخارات حاصل از گونه‌هایی خاصی از مورچه کشف شد. اسید فرمیک یک ماده شیمیایی ارزشمند و در بسیاری موارد غیر قابل جایگزین است. با توجه به ویژگی‌های منحصر به فردی مانند خاصیت کاهش دهندگی از آن در فرایند تولید بسیاری از صنایع مانند غذایی، نساجی، شیمیایی و آنالیزهای آزمایشگاهی استفاده می‌شود. در این مطلب، بعد از بررسی کلی ساختار مولکولی این ماده، هفت کاربرد مهم آن در صنایع مختلف را تشریح می‌کنیم.

همچنین بخوانید:

♣ معرفی جامع عوامل اکسیداسیون؛ پراکسیدها و اکسیدکننده ها

♣ اسید سولفوریک | کاربردها، مزایا، معایب

اهمیت اسید فرمیک در صنعت چیست؟

اسید فرمیک از نظر صنعتی ماده‌ای راهبردی محسوب می‌شود، زیرا ترکیبی ساده اما بسیار مؤثر در فرایندهای تولیدی و شیمیایی است. حضور آن در واکنش‌های مختلف، امکان کنترل شرایط اسیدی و بهبود بازده تولید را فراهم می‌کند. این اسید با داشتن پایداری مناسب و قابلیت تجزیه‌پذیری طبیعی، در صنایع مدرن به‌عنوان گزینه‌ای کارآمد و نسبتاً سازگار با محیط زیست شناخته می‌شود. از سوی دیگر، نقش آن در توسعه فناوری‌های نو و فرایندهای انرژی پاک باعث شده جایگاهش فراتر از یک ماده شیمیایی معمولی بوده و به عنوان یکی از پایه‌های مهم در تحول صنایع شیمیایی و زیست‌محیطی مطرح شود.

کاربردهای اسید فرمیک در صنعت کدامند؟

خاصیت شیمیایی اسید فرمیک به خصوص هدایت الکتریکی بالا، واکنش‌پذیری مطلوب و خواص قارچ کشی و ضد باکتری آن در بسیاری از صنایع کاربرد دارد. چرم‌سازی، نساجی، تولید خوراک دام، مواد شیمیایی، غذا و دارو مهم‌ترین صنایعی هستند که از این اسید در فرایندهای خود استفاده می‌کنند.

1. صنعت چرم

اسید فرمیک به‌دلیل سازگاری مطلوب با محیط زیست، ماده‌ای بسیار مطمئن و زیست تجدیدپذیر در تنظیم PH چرم و  بهبود نفوذ مواد دباغی است. این کار عملیات مقاوم کردن چرم در برابر فساد و پوسیدگی را بهینه می‌کند و بر کیفیت نهایی چرم تولیدی تاثیر می‌گذارد. اسید فرمیک در مرحله آماده‌سازی چرم قبل از دباغی، یعنی فرایند سالامبورسازی (Pickling) سطح اسیدیته پوست چرم را تنظیم کرد و آن‌را برای نفوذ بهتر مواد دباغی آماده می‌کند. به این شکل الیاف چرم به‌خوبی تقویت می‌شوند و چرم تولیدی نه تنها استحکام بیشتری پیدا می‌کند، بلکه در برابر سایش و پارگی نیز مقاوم‌تر خواهد بود. در مرحله رنگرزی پوست نیز اسید فرمیک به‌عنوان نگهدارنده برای جلوگیری از رشد میکروب‌ها روی پوست عمل می‌کند و عامل مهم حفظ کیفیت آن در طول نگهداری و حمل و نقل است.

در کنار تاثیر اسید فرمیک بر دوام و افزایش مقاومت چرم، این ماده در افزایش نرمی و یکنواختی آن نیز بسیار تاثیرگذار است. اسید فرمیک با کمک به توزیع یکنواخت مواد دباغی روی سطح پوست، مانع ایجاد زبری و ناهمواری روی پوست می‌شود. در نتیجه، چرم تولیدی بسیار نرم، منعطف و از لحاظ ظاهری یکدست خواهد بود.

2. صنعت نساجی

اسید فرمیک در مراحل مختلف تولید پارچه برای افزایش کیفیت ظاهری آن کاربرد دارد و به عنوان یک ماده اصلی کمکی در رنگرزی و عملیات تکمیلی این صنعت استفاده فراوانی دارد. در فرایند رنگرزی الیاف طبیعی مانند پنبه، پشم و ابریشم، این اسید برای تنظیم PH رنگ به کار می‌رود. زیرا در این عملیات جذب موثر رنگ و توزیع یکنواخت آن ضروری است و از ایجاد رنگ‌های لکه‌ای و ناهموار جلوگیری می‌کند. همچنین در عملیات رنگرزی پارچه، اسید فرمیک  باعث افزایش جذب رنگ‌های اسیدی و رنگ‌های کمپلکس فلزی می‌شود که در نتیجه آن رنگ پارچه بعد از شستشو و استفاده مکرر بدون تغییر باقی می‌ماند.

علاوه بر رنگرزی، اسید فرمیک خلوص بالا در فرایندهای تکمیلی تولید پارچه نیز با کنترل واکنش های شیمیایی در سطح الیاف و تنظیم PH، ثبات رنگ، نرمی و انعطاف‌پذیری نهایی را افزایش می‌دهد. در موارد خاص نیز همراه با سایر مواد شیمیایی، خاصیت ضد چروک و مقاومت در برابر حرارت پارچه را بیشتر می‌کند.

3. صنایع غذایی

اسید فرمیک یکی از مواد مهم محافظت‌کننده و نگهدارنده در تولید مواد غذایی است. برخی محصولات مانند ماهی شور، آبمیوه، پوره میوه و سبزیجات، پاستیل‌های ژله‌ای افزودنی به نام E236 دارند که همان اسید فرمیک خوراکی است. وجود این اسید در مواد غذایی باعث می‌شود که آ‌ن‌ها به مدت طولانی‌تری تازه بمانند و در برابر قارچ‌ها، کپک‌ها و باکتری‌های بیماری‌زا مقاوم باشند. استفاده از اسید فرمیک نگهداری، ذخیره‌سازی و حمل و نقل موادی که تاریخ انقضای کوتاه مدتی دارند را آسان‌تر می کند.

4. دام، طیور و کشاورزی

اسید فرمیک یکی از مواد نگهدارنده‌های اصلی در خوراک دام است که با جلوگیری از فساد مواد غذایی مورد نیاز دام، ارزش غذایی آن‌را برای مدت طولانی‌تری حفظ می‌کند. این ماده به دلیل خاصیت اسیدی خود از رشد باکتری‌ها مانند اشرشیا کلی (E.Coli) جلوگیری کرده و در نتیجه کیفیت خوراک و سلامت دام را حفظ می‌کند. خوراکی که با اسید فرمیک تیمار شده باشد، ماندگاری طولانی‌مدتی دارد که برای دامداران بسیار مهم است.

البته ویژگی ضد میکروبی این اسید فقط محدود به اشرشیا کلی نیست و این ماده قادر است میزان بروز باکتری‌های مضر دیگر مانند سالمونلا و کامپیلوباکتر در حیوانات را کاهش دهد که نتیجه آن افزایش سودآوری در پرورش دام و طیور است. در حقیقت با افزودن اسید فرمیک به خوراک دام، این ماده با کنترل میکروارگانیسم‌های دستگاه گوارش حیوان و کاهش اسیدیته، به بهبود سلامت گوارشی و رشد بهتر دام کمک می‌کند.

در کشاورزی، از فرمیک اسید گاهی برای کاهش pH کودها و بهبود جذب مواد مغذی توسط گیاهان استفاده می شود.

5. کنترل آفات و زنبورداری

در حوزه زنبورداری نیز اسید فرمیک در کنترل و از بین بردن کنه های کندوی زنبور عسل بسیار پر طرفدار است. همچنین، برای کنترل انگل Varroa destructor که به کندوها آسیب می‌زند، بکار می رود. قیمت مناسب، تاثیر بالا در از بین بردن انواع کنه و عدم نفوذ آن به داخل عسل بدون افت کیفیت آن، این اسید را به ماده‌ای پر کاربرد در این صنعت تبدیل کرده است. به دلیل تجزیه به دی‌اکسیدکربن و آب، اثر باقیمانده‌ی سمی ندارد.

6. صنایع شیمیایی و پتروشیمی

این ماده به‌دلیل وجود یون فرمات، یک عامل کاهنده مهم در واکنش‌های شیمیایی است که در موارد زیر کاربرد دارد:

• کاهش یون‌های فلزی نقره، طلا و پلاتین به اتم‌های متناظر در تولید نانو ذرات فلزی
• کاهش ترکیبات کربونیل مانند آلدئید و کتون در سنتز الکل‌ها
• کاهش ترکیبات نیترو مانند نیتروبنزن، نیترو آلکن و مشتقات آن به آمین‌های متناظر
• کاهش ترکیبات گوگردی مانند سولفیدها، سولفون‌ها و سولفوکسیدها به شکل‌های ساده‌تر گوگردی
• حذف هالوژن در واکنش دی‌هالو‌ژناسیون و کاهش ترکیبات هالوژنه به هیدروکربن متناظر

علاوه بر این موارد، از اسید فرمیک به‌عنوان ماده واسط در تولید مواد شیمیایی زیر نیز استفاده می‌شود:

• فرمات‌ها مانند کلسیم فرمات، سدیم فرمات، آمونیوم فرمات، پتاسیم فرمات، اتیل فرمات و باریم فرمات
• ترکیبات آلی و حلال‌ها مانند دی متیل فرمامید و فرمامید
• مواد افزودنی صنعتی و آنتی‌اکسیدان‌ها
• الکل‌های چند ظرفیتی مانند پنتااریتریتول و نئوپنتیل گلیکول
• روغن‌ها و استرهای اپوکسی مانند روغن سویا اپکسید شده و استر اکتل اسید اولئیک سویا اپوکسید شده
• کلریدهای آلی
• رزین‌ها و مواد شیمیایی سطحی مانند رزین‌ها فنولی و حلال‌های لایه‌بردار رنگ

7. سلول سوختی

سلول سوختی (Fuel Cell) دستگاهی است که انرژی شیمیایی سوخت (هیدروژن، متانول، اسید فرمیک) را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. در این سلول تولید برق بدون احتراق مستقیم و با آلودگی زیست محیطی بسیار کم انجام می‌گیرد و به همین دلیل به عنوان یک سوخت سبز در خودروها و نیروگاه‌ها به‌کار می‌رود. سلول‌های سوختی سنتی از هیدروژن و متانول برای انجام واکنش شیمیایی و تولید برق  استفاده می‌کنند. در حالی‌که اسید فرمیک علاوه بر سمیت پایین‌تر، نیروی محرکه الکتروشیمیایی بالاتری نسبت به هیدروژن و متانول دارد. همچنین به دلیل راندمان بالاتر تولید انرژی الکتریکی، وزن سبک‌تر، قابلیت ذخیره و حمل آسان‌تر و توان تولید بالاتر در دماهای پایین، پتانسیل کاربرد بیشتری نسبت به دو ماده دیگر دارد. پیش‌بینی می‌شود در آینده سلول‌های سوختی بر پایه اسید فرمیک در بازار تامین برق دستگا‌های کوچک قابل حمل با باتری‌های  لیتیومی رقابت کند و باعث تحول در صنایع الکترونیک شود.

8. آنالیزهای آزمایشگاهی

اسید فرمیک یک ماده افزودنی متداول در کروماتوگرافی‌های آزمایشگاهی برای آنالیز مواد غذایی و محیط زیستی است. این ماده در کروماتوگرافی مایع فاز معکوس (RP-LC) به عنوان جزء بافری در فاز متحرک آبی به‌ شکل محلول اسید فرمیک، فرمات سدیم یا فرمات آمونیم اضافه می‌شود. استفاده از این اسید حتی در غلظت‌های پایین، شکل پیک‌ها و کیفیت جداسازی را بهبود داده و باعث افزایش وضوع آنالیز می‌شود. همچنین اسید فرمیک به دلیل تاثیر بر کاهش سرکوب یونیزاسیون در فاز متحرک آبی کروماتوگرافی، باعث می‌شود که آنالیز ترکیبات حساس مانند پلی‌پپتیدها و سایر مولوکول‌های زیستی با دقت بالاتری انجام گیرد.

در حقیقت اسید فرمیک در آنالیزهای کروماتوگرافی باعث بهبود جداسازی ترکیبات، افزایش وضوح پیک‌ها و بهینه‌سازی یونیزاسیون می‌شود. این موارد به‌خصوص درآنالیزهای بیوآنالیتیک، مواد غذایی و محیط زیستی بسیار اهمیت دارد.

کلام آخر:

اسید فرمیک صنعتی به دلیل ویژگی‌های خاصی مانند کاهش‌دهندگی واکنش‌های شیمیایی، حلالیت مناسب، واکنش‌پذیری مطلوب و بی‌خطر بودن در غلظت‌های کم یکی از مواد پر کاربرد در صنایع مختلف است. کاربردهای اسید فرمیک در صنعت با توجه به سازگاری آن با محیط زیست و مقرون‌به‌صرفه بودن، بسیار مورد توجه بسیاری از تولیدکنندگان است. صنایع آرال شیمی تولید کننده انواع شوینده اسیدی بدون کف، با کف ملایم و با کف فراوان بر پایه اسید نیتریک و اسید فسفریک یا اسید هیدروکلریک است. همچنین می توان از محصولات ضدعفونی کننده ارگانیک و ایمن بر پایه پراستیک اسید، برای گندزدایی انواع سطوح و تجهیزات استفاده کرد.