Отримання флокулянтів з відходів кубових залишків фуранові з'єднань і виробництва поліакрилонітрильні волокна
Мухамедом К.Г., Ніязова М.М., Шнекаев В.В.
З численних систем, що вивчаються колоїдної хімією, найбільший інтерес як в теоретичному, так і в практичному плані представляють водорозчинні полімери (ВРП) та їх взаємодію з дисперсними системами, що носить різний характер (флокуляція, стабілізація і пластифікуючі дії) залежно від їх природи і концентрації ВРП в системі. Вибір в якості об'єкта похідних фурану для синтезу полімерів обумовлюється наступними факторами:
- Похідні фурану мають підвищену реакційною здатністю завдяки наявності активних воднів в фуранові ядрі, пов'язаних подвійним зв'язком фуранового циклу, активних - CHO і - CH 2 OH функціональних груп;
- Ароматичний характер фуранового циклу сприяє прямому заміщення воднів в ядрі фурану, тобто введенню йоногенних груп;
- Дешевизна і доступність похідних фурану, які є продуктами, які отримуються гідролізом відходів лісохімічного і сільськогосподарського виробництва (тирса, солома, стрижні кукурудзяних качанів, бавовняна лушпиння, соняшникове лушпиння тощо);
- Полімери, що містять у структурі фуранові ядра, володіють підвищеною термічною, хімічної та радіаційної стійкістю; похідні фурану відрізняються від нафтового і газового сировини тією перевагою, що вони утворюються на щорічно поновлюваному рослинній сировині. Основною сировиною у виробництві фурфуролу є пентозосодержащіе рослинні відходи. Пентозани - це високомолекулярні полісахариди, які відповідають формулі (С 5 Н 8 О 4) і які є продуктами природного полімеризації моносахаридів (пентоз).
Вихід фурфуролу-сирцю, одержуваного тим чи іншим методом з вищезгаданого сировини, становить приблизно 50% від аналітичних виходів фурфуролу і не перевищує 75% виходу від теорії. Втрати мають місце на всіх стадіях отримання фурфуролу: при утворенні, виділенні і очищенні / 1-3 / і об'єднуються в кубові залишки. Кількість які виникають кубових залишків виробництва фурфурілового спирту становить 8-10% від основного продукту виробництва. У кубі залишається частина тетрагідрофурфурілового спирту, пентадіоли і смолисті речовини. Кубові залишки виробництва фуранові з'єднань на Ферганському і Андижанском гідролізних заводах, що здійснюють процес гідрування фурфуролу в тетрагідрофурфуріловий спирт, реалізуються під назвою «Реагент ВВ-2» по ТУ 59-53-72. Однак основна маса таких кубових залишків спалюється.
Кубові залишки фурфурілового виробництва (К.О.Ф.) різних підприємств країн СНД мають наступний склад / 3 / (табл. 1).
Таблиця № 1 Склад кубових залишків фурфурольних виробництва різних підприємств
Підприємство | % Від ваги кубового залишку | ||
фурфурол | метілфур-фурол | фуранові альдегіди | |
Ферганський хімічний завод фуранові сполук | 45-73 | 15-25 | 70-88 |
Андижанська гідролізний завод | 60-80 | 15-20 | 80-95 |
Краснодарський хімкомбінат | 45-65 | 20-30 | 75-95 |
Кропоткинській хімічний завод | 40-60 | 25-35 | 75-95 |
Шумерлінскій хімічний завод | 60-85 | 7-10 | 70-95 |
Волгоградський біохімічний завод | 40 - 60 | 4 - 10 | 50 - 70 |
Кубовий залишок виробництва фурфурілового спирту (К.О.Ф.С.) являє собою рідину з спеціфічекім запахом фурфурілового спирту, густина якого при 293 0 До складає 1,120 - 1,135; Гидроксильное число - в межах 11,0 - 12,5; рН 6 , 5. Склад кубового залишку фурфурілового спирту за технологічним регламентом Ферганського хімічного заводу фуранові сполук у відсотках наступний: вода - 0,21-0,26; фурфурол - 0,18-0,22; тетрагідрофурфуріловий спирт - 0,34-0,47; фурфурілового спирт - 23,6-34,7; 1,5 і 1,2 - Пентадіоли - 13,8-14,6; олігомерних частина фурфурілового спирту (лінійного будови) - 56,6-44,7; домішки - 4,43 - 4,13; Як видно з вищевикладеного, кубовий залишок виробництва тетрагідрофурфурілового спирту (реагент ВВ - 2) являє собою суміш тетрагідрофурфурілового спирту, 1,2 - і 1,5 - пентадіола, олігомерних продуктів тетрагідрофурфурілового спирту і діол. / 4 / За зовнішнім виглядом ВВ-2 - масляниста рідина, що має колір від жовтувато-зеленого до темно-коричневого, розчиняється у воді. Щільність при 293 0 До - 1,06 - 1,15 кг / дм 3, Гидроксильное число - не менше 16. Початок кипіння при атмосферному тиску - не менше 450 0 К. У табл. 2-4. наводиться склад кубових залишків виробництва фуранові сполук фурфурольних виробництва.
Таблиця № 2 Склад кубових залишків фурфурольних виробництва.
№ № пп | Компоненти кубових залишків | Темп-ра кипіння, 0 До | Процентний вміст | ||
I | II | III | |||
1. | Фурфурол | 435 | 65,5 | 61,2 | 58,4 |
2. | Метілфурфурол | 460 | 16,8 | 18,7 | 20,1 |
3. | 1,2 - Пентадіол | 483 - 485 | 2,4 | 2,5 | 2,7 |
4. | 1,5 - Пентадіол | 510 - 511 | 1,0 | 1,4 | 1,6 |
5. | Прим 1 | - | 0,5 | 0,3 | 0,4 |
6. | Прийміть 2 | - | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
7. | Продукти осмоления | - | 5,0 | 6,2 | 7,1 |
8. | Фурфурол | - | 5,0 | 6,2 | 7,1 |
Склад зразків кубових залишків фуранові сполук Ферганського хімічного заводу аналізували газо-рідинної хроматографією. Дослідження здійснювали на хроматографі «Колір-102». Таким чином доведено, що досягнуто хороше поділ компонентів кубових залишків. Результати аналізу показали, що для різних партій кубових залишків виробництва фуранові сполук кількісний вміст відповідних складових частин відрізняється за процентним вмістом кожного з індивідуальних речовин.
Таблиця № 3 Склад кубових залишків виробництва фурфурілового спирту.
№ № пп | Компоненти кубових залишків | Темп-ра кипіння, 0 До | Процентний вміст | ||
I | II | III | |||
1. | Фурфурол | 435 | 1,35 | 1,23 | 1,19 |
2. | Фурфурілового спирт | 444-445 | 54,73 | 48,10 | 44,75 |
3. | Тетрагідрофурфу-ріловий спирт | 450-453 | 8,21 | 4,56 | 4,62 |
4. | 1,2 - Пентадіол | 483-485 | 1,52 | 1,12 | 1,28 |
5. | 1,5 - Пентадіол | 510-511 | 7,44 | 8,16 | 9,34 |
6. | Олігомерні продукти фурфурілового спирту | - | 11,20 | 14,81 | 10,26 |
Таблиця № 4 Склад кубових залишків виробництва тетрагідрофурфурілового спирту
№ № пп | Компоненти кубових залишків | Темп-ра кипіння, 0 До | Процентний вміст | ||
I | II | III | |||
1. | Фурфурол | 435 | 0,8 | 1,2 | 1,0 |
2. | Фурфурілового спирт | 444-445 | 5,1 | 5,4 | 5,0 |
3. | Тетрагідрофурфурі-ловий спирт | 450-453 | 20,4 | 23,2 | 24,1 |
4. | Метілфурфурол | 460-461 | 0,8 | 0,7 | 0,7 |
5. | 1,2-Пентадіол | 483-485 | 10,2 | 10,1 | 8,7 |
6. | 1,5-Пентадіол | 510-511 | 7,0 | 6,9 | 6,2 |
7. | Прим 1 | - | 0,5 | 0,4 | 0,4 |
8. | Тетрагідрофурфурі-ловий спирт | - | 39,8 | 38,0 | 41,2 |
Наведені в таблицях дані показують, що в складі всіх кубових залишків виробництва фуранові сполук переважну частку складають основні компоненти, тобто фурфурол, фурфурілового спирти. Так, у зразках використовуваних кубових залишків фуранові сполук зміст фурфуролу з метілфурфурол становить 78-82%, у кубових залишках фурфурілового спирту досягає 50-65% і в кубових залишках тетрагідрофурфурілового спирту зміст доходить до 75%. Решта домішки є олігомерні продукти. Це дає можливість використовувати всі кубові залишки виробництва фуранові сполук без попереднього очищення і переробки.
Таким чином, пропонується отримання водорозчинних полімерних реагентів з відходів волокна «нітрон» і кубових залишків нітрилу акрилової кислоти, що мають наступний склад:
Таблиця № 5 Хроматографический аналіз хімічного складу кубових залишків НАК
№ № пп | Найменування | Склад у% | Хімічна формула |
1. | Акрилонітрил (НАК) | 40 - 60 | СН 2 = СН - З N |
| Полімеризований акрилонітрил | 10 - 12 | [ - СН 2 - СН -] n CN |
| Лактонітріл | 10 - 14 | CH 3 - CH - OH CN |
4. |
Дівінілацетілен | 1 - 2 | CH 2 = CH º C - CH = CH 2 | |
| Ціанбутадіен | 1 - 2 | CH 2 = C - CH = CH CNS |
6. | Альдегіди і ін легкокіпящіе з'єднання | 1 - 2 | CH 3 - CH = O |
7. | Синильна кислота | 0,3 - 0,6 | CH - CH = CN |
8. | Вода | 4 - 5 | H 2 O |
Як видно з табл. 5 в складі кубових залишків НАК, в основному, містяться: НАК - 40 - 60%, його полімери - 10-12%, лактонітріл - 10-14%, вода - 4-5% та інші домішки з подвійними зв'язками, що дозволяє використовувати їх при синтезі поліелектролітів.
Дані потенційних ресурсів відходів волокна «нітрон», що утворюються в результаті застосовуваної технології отримання. Так наприклад відхід волокна «нітрон» ВО «Навої азот» (г.Навоі) становить 1200-1300тонн, ВО «нітрону» (г.Саратов) - 2797 тонн, ВО «Полімер» (г.Новополоцк) - 2000 тонн. За умови переробки відходів на всіх підприємствах республіки і країн СНД є можливість отримання додатково близько 10 тис. тонн полімерних матеріалів.
Відходи, одержувані в процесі отримання поліакрілнітрільное волокон з сополімерів акрилонітрилу, метилакрилату і ітаконовою кислоти, містять не менше 85% полиакрилонитрила, які можуть бути використані для отримання водорозчинних полімерів. / 5 /
Потрійний сополімер акрилонітрилу, метилакрилату і ітаконовою кислоти має наступний склад:
СОО Na
• • - СН2 - СН - - СН2 - СН - - СН 2 - С • •
|; |; CH 2 COONa
СН х соосно 3 y z
де: x = 90-91%; y = 7-8%; z = 1-2%
Вхідні до складу полімеру функціональні групи, зокрема, Нітрільниє, здатні до реакцій електрофільного та нуклеофільного заміщення, що дає можливість проводити полимераналогичние перетворення з метою отримання ВРП з заданим функціональним складом.
Використання всіх наведених відходів багато в чому сприяло б вирішенню питань щодо розширення випуску ПАР, ВРП для застосування як флокулянтів, стабілізаторів, пластифікаторів дисперсних систем.
Бібліографія
Четвериков Н.І. Причини низьких виходів фукрфурола. / / Ж. Гідролізна і лісохімічна промисловість. 1949 р., № 1 с.1-3
Крейди А.М. До питання про окислювальному руйнуванні цукрів / / ж. Гідролізна і лісохімічна промисловість. 1955. с. 1-3
Бризгалов Л.І. Виробництво фурфуролу з кубових залишків. / / Ж. Гідроліз і лісохімічна промисловість. - 1955р. - № 3. - С.1-3.
Гронкіна Л.Г., Кремльова Т.П. Новий вид продукції / / ж. Гідролізна і ліс. промисловість. - 1974. - № 3. - С.33-23.