Синтез и исследование каталитической активности ионных жидкостей | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Авдеева А. Ю. Синтез и исследование каталитической активности ионных жидкостей // Молодой ученый. — 2017. — №50.1. — С. 49-51. — URL https://moluch.ru/archive/184/47341/ (дата обращения: 21.03.2019).



Вопрос о модернизации процесса изомеризации, или получения неароматических высокооктановых компонентов бензина – изоалканов, особенно актуален в настоящее время. Одним из направлений модернизации является подбор альтернативных каталитических систем, активных при низких, более благоприятных для процесса температурах [1]. В качестве таких систем можно использовать ионные жидкости – соли органических кислот, состоящие из гетероорганического катиона и неорганического аниона, способные сохранять жидкое состояние при температурах ниже 300 0С [1-4].

Целью работы является обоснование целесообразности применения ионных жидкостей в качестве катализаторов в нефтяной промышленности. Для ее достижения были поставлены следующие задачи: синтез ионных жидкостей, исследование их физико-химических свойств и проведение реакции изомеризации н-гексана в присутствии ионной жидкости.

Для синтеза триметиламин гидрохлорида – хлорида алюминия было взято 2,320 г триметиламин гидрохлорида и, поскольку при анализе литературы было установлено, что ионные жидкости проявляют свои сверхкислотные свойства при мольном соотношении органической соли к неорганическому галогениду 1:2 [5], 6,487 г хлористого алюминия, а для синтеза триэтиламин гидрохлорида – хлорида алюминия 3,000 г триэтиламина гидрохлорида и 5,818 г безводного хлорида алюминия.

Синтез ионных жидкостей происходил по механизму кватернизации N-алкилгалогенпроизводного с галогенидами металла [6, 7] в бюксе без доступа влаги. Реакция взаимодействия веществ протекала с высокой скоростью, с выделением тепла. Наблюдалось образование прозрачной жидкости уже в первые секунды реакции. Для достижения однородной консистенции полученной смеси ее перемешивали с помощью магнитной мешалки в течение часа.

В результате было получено 8,807 г ТМАГХ-AlCl3 и 8,818 г ТЭАГХ-AlCl3.

C3H9N∙HCl + AlCl3 → C3H9NAlCl4¯ + H+

C6H15N∙HCl + AlCl3 → C6H15NAlCl4¯ + H+

Для выявления наиболее подходящей для использования в качестве катализатора ионной жидкости были изучены их физико-химические свойства и определена термическая устойчивость.

Плотности ионных жидкостей, измеренные пикнометрическим методом, равны соответственно 1,436 г/см3 и 1,251 г/см3 для триметиламин гидрохлорида – хлорида алюминия и триэтиламин гидрохлорида – хлорида алюминия.

Вязкость ионных жидкостей, измеренная методом капиллярной вискозиметрии равна 162,4713 мПа·с для триметиламин гидрохлорида – хлорида алюминия и 105,1761 мПа·с для триэтиламин гидрохлорида – хлорида алюминия.

D:\Документы\!Университет\!Конференция\СТУД ВЕСНА ХАБАРОВСК\Без имени-2.png

Рис. 1. Кривые термогравиметрического анализа (1) и дифференциальной сканирующей калориметрии (2): а) ТМАГХ-AlCl3 б) ТЭАГХ-AlCl3

Анализ термической устойчивости проводили с помощью дифференциального сканирующего калориметра STA 409 PC Luxx фирмы Netzsch с карбид кремниевой печью. Измерение термической устойчивости осуществляли в керамических тиглях, продувка воздухом в рабочей камере составляла 50мл/мин, скорость нагрева составляла 10 К/мин, нагрев проводили до 700°С.

Обе ионные жидкости следует использовать при температурах до 100 0С, но ТМАГХ-AlCl3 при перегреве показал большую термическую устойчивость, то есть его каталитическая активность будет снижаться медленнее при повышении температуры (рис. 1). Поэтому именно эту ионную жидкость использовали в качестве катализатора процесса изомеризации.

Каталитическую изомеризацию н-гексана проводили в реакторе периодического действия из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, представляющем собой цилиндрический сосуд с закручивающейся крышкой. Реактор перед проведением эксперимента прокаливали в сушильном шкафу, затем охлаждали и продували азотом для минимизации воздействия атмосферной влаги на каталитическую систему. В реактор загружали свежеприготовленную каталитическую систему, представляющую собой ионную жидкость ТМАГХ-AlCl3 (8,807 г) и субстрат в виде н-гексана в объеме 15 мл. Реактор еще раз продували азотом, затем герметично закрывали и для равномерного прогревания по всему объему опускали в масляную баню. Контроль температуры осуществляли с помощью термопары с регулятором температуры. Изомеризацию проводили при трех разных температурах: 60 °С, 80 °С и 100 °С и времени процесса 3 часа. По окончании заданного времени реактор охдаждали, после чего проводили отбор жидкой фазы. Процесс изомеризации осуществлялся при постоянном перемешивании катализатора и субстрата с помощью якоря магнитной мешалки.

Анализ продуктов реакции осуществляли с помощью газового хроматографа Shimadzu GC-2010 Plus. Анализ изомеризата, полученного в результате проведения процесса, проводили по ГОСТ Р 52714-2007 «Бензины автомобильные. Определение индивидуального и группового углеводородного состава методом капиллярной газовой хроматографии» [8].

По результатам проведенного эксперимента можно судить о том, что максимальные конверсия н-гексана (табл.2) и выход разветвленных алканов с высокими октановыми числами достигаются при температуре 80 °С. При изомеризации образца при 100 °С, выход изомеров значительно снизился, что говорит о начале распада каталитической системы (табл. 1).

Таблица 1

Сводная таблица хроматографического анализа изомеризата

Название

компонента

Выход веществ, % масс

н-гексан

60°С

80°С

100°С

Изобутан

-

11,2

14,2

4,6

н-Бутан

-

1,5

1,8

1,29

Изопентан

-

7,7

13,4

3,4

н-Пентан

-

1,3

2,27

0,6

2,2-диметилбутан

-

2,1

2,9

0,6

Циклопентан

-

1,2

2,6

0,7

2-метилпентан

-

3,5

7,7

1,9

3-метилпентан

-

1,8

3,9

1,0

н-Гексан

99,26588

67,2

46,6

81,8

2,2-диметилпентан

-

0,2

0,25

0,1

2,4-диметилпентан

-

0,3

0,8

0,1

2,2,3-триметилбутан

-

0,1

0,3

0,1

3,3-диметилпентан

-

0,1

0,3

0,03

Таблица 2

Результаты каталитического действия ИЖ

Температура реакции, °С

Конверсия, % масс.

Выход изоалканов, %

i-C4

i-C5

60

32,8

11,2

7,7

80

53,3

14,2

13,4

100

18,2

4,6

3,4

Выводы:

  1. На основании проведенных экспериментальных исследований подтверждена целесообразность применения ионных жидкостей в качестве катализаторов процесса изомеризации легких бензиновых фракций. следует отметить основные преимущества ионных жидкостей по сравнению с используемыми в настоящее время катализаторами: экологичность, возможность многократного использования; относительно низкая стоимость по сравнению с катализаторами на основе благородных металлов, высокая энергоэффективность и экономичность, которая обусловлена низкими температурами проведения процесса и, следовательно, низкими затратами на электроэнергию.
  2. Экспериментально исследована и измерена плотность ионных жидкостей, равная 1,436 г/см3 для ТМАГХ-AlCl3 и 1,251 г/см3 для ТЭАГХ-AlCl3.
  3. Измерена вязкость ионных жидкостей, равная 162,4713 мПа·с для ТМАГХ-AlCl3 и 105,1761 мПа·с для ТЭАГХ-AlCl3.
  4. По результатам термического анализа была выявлена наиболее подходящая для использования в качестве катализатора ионная жидкость – ТМАГХ-AlCl3
  5. Изучено каталитическое действие ионной жидкости на примере изомеризации н-гексана. При проведении испытаний было показано, что каталитические системы на базе ионной жидкостьи ТМАГХ-AlCl3 доводят конверсию н-гексана до 53,34 % при температуре 80.

Литература:

  1. Маликов, И. В. Каталитическая изомеризация углеводородов в присутствии носителей, модифицированных ионными жидкостями: автореф. дис. на соискание ученой степени канд. тех. наук: Маликов Илья Владимирович. – Уфа, 2015. – 100 с.
  2. Ибрагимов, А. А. Изомеризация легких алканов в присутствии ионной жидкости/ А. А. Ибрагимов, Э. Р. Газизова, Л. А. Панчихина // Башкирский химический журнал. – У., 2013. – Том 20. № 1 – 6 с.
  3. Асланов, Л. А. Ионные жидкости в ряду растворителей / Л. А. Асланов, М. А. Захаров, Н. Л. Абрамычева. – М.: Изд-во МГУ, 2005. – 272 с.
  4. Ягфарова, А. Ф. Изомеризация на ионных жидкостях/ А. Р. Габдрахманова, Л. Р. Минибаева, И. Н. Мусин // Вестник Казан. технол. ун-та. – 2012. – С. 192-196.
  5. Ибрагимов, А. А. Разработка технологии изомеризации алканов С5-С6 в присутствии хлоралюминатной ионной жидкости: автореф. дис. на сискание ученой степени канд.тех. наук: Ибрагимов Азамат Айдарович. – Уфа., 2013. – 100 с.
  6. Бурмистр, М. В. Современное состояние и основные тенденции развития перспективных ионных жидкостей. Вып. 1/ М. В. Бурмистр, О.С. Свердликовская, О. М. Бурмистр, О. А. Феденко. – 2012. – 100 с.
  7. Кустов, Л. М. Ионные жидкости- прорыв в новое измерение? / Л. М. Кустов // Химия и жизнь. – 2007. – №11. – С. 1-12.
  8. ГОСТ Р 52714-2007. Бензины автомобильные. Определение индивидуального и группового углеводородного состава методом капиллярной газовой хроматографии. – Введ. 2008-01-01. ‒ М.: Стандартинформ, 2007. ‒ 23 с.
Основные термины (генерируются автоматически): хлорид алюминия, ионная жидкость, жидкость, термическая устойчивость, гидрохлорид, качество катализатора, магнитная мешалка, каталитическое действие, STA, каталитическая система.


Похожие статьи

Катализаторы риформинга | Статья в журнале «Молодой ученый»

Важное значение в каталитических системах играет носитель активного вещества или как его еще называют — матрица.

При меньшем содержании платины уменьшается стабильность и устойчивость катализатора к действию ядов.

Синтез ионных жидкостей с аминосодержащей боковой цепью

Поскольку основность этих анионов придает ионным жидкостям новые свойства, такие, как иная солюбилизирующая и каталитическая активность, прогнозируется

При перемешивании на магнитной мешалке к смеси постепенно добавляют 0,15 моль тионилхлорида.

«Зеленая химия» в органическом синтезе | Статья в сборнике...

Поскольку основность этих анионов придает ионным жидкостям новые свойства, такие, как иная солюбилизирующая и каталитическая активность, прогнозируется

При перемешивании на магнитной мешалке к смеси постепенно добавляют 0,15 моль тионилхлорида.

Эффект влияния концентрации оксида магния на...

В качестве катализаторов предложены комплексы на основе AlCl3, TiCl4, BF3 и фосфорная

H-форму цеолита получали термическим разложением NH4-формы при 500°C в течение 4 ч

Влияние концентрации оксида магния на каталитические свойства НЦВМ вреакции...

Виды проблем, возникающих при использовании каталитического...

Каталити́ческий нейтрализа́тор (англ. catalytic converter) — устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработавших

Когда субстрат в нейтрализаторе плавит либо платино-палладиевое покрытие, либо ячеистый материал оксида алюминия, он...

Влияние природы катионов переходных элементов на...

Установлено, что каталитические свойства цеолитных систем зависят не только от

Влияние степени ионного обмена иприроды катионов вцеолите Yна его каталитические свойства

Наиболее сильное промотирующее действие на активность катализатора 0,86 CaNaY...

Каталитическое обезвреживание монооксида углерода на...

Изученный катализатор может быть использован в электронных приборах — каталитических преобразователях для контроля

Федяева О. А. Физико-химические свойства поверхности полупроводниковой системы CdXHg1-XTe. Монография. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013.

Внедрение железооксидного катализатора в установку получения...

Производительность установки УПС с применением катализатора (окись алюминия) составляет [1]

На каталитических ступенях процесса при температуре 200…3000С на катализаторе (активной окиси алюминия Аl2O3 – марки DD 431) происходит конверсия молекул Н2S и SО2 с...

Создание селективного катализатора для синтеза метанола

Вредными примесями, которые ухудшают действие всех катализаторов является примеси содержащие в составе железо, никель и кобальт, так

Нанесение соединений меди на носитель шпинельной структуры, которая состоит из оксидов цинка, магния, марганца, алюминия, хрома.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Катализаторы риформинга | Статья в журнале «Молодой ученый»

Важное значение в каталитических системах играет носитель активного вещества или как его еще называют — матрица.

При меньшем содержании платины уменьшается стабильность и устойчивость катализатора к действию ядов.

Синтез ионных жидкостей с аминосодержащей боковой цепью

Поскольку основность этих анионов придает ионным жидкостям новые свойства, такие, как иная солюбилизирующая и каталитическая активность, прогнозируется

При перемешивании на магнитной мешалке к смеси постепенно добавляют 0,15 моль тионилхлорида.

«Зеленая химия» в органическом синтезе | Статья в сборнике...

Поскольку основность этих анионов придает ионным жидкостям новые свойства, такие, как иная солюбилизирующая и каталитическая активность, прогнозируется

При перемешивании на магнитной мешалке к смеси постепенно добавляют 0,15 моль тионилхлорида.

Эффект влияния концентрации оксида магния на...

В качестве катализаторов предложены комплексы на основе AlCl3, TiCl4, BF3 и фосфорная

H-форму цеолита получали термическим разложением NH4-формы при 500°C в течение 4 ч

Влияние концентрации оксида магния на каталитические свойства НЦВМ вреакции...

Виды проблем, возникающих при использовании каталитического...

Каталити́ческий нейтрализа́тор (англ. catalytic converter) — устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработавших

Когда субстрат в нейтрализаторе плавит либо платино-палладиевое покрытие, либо ячеистый материал оксида алюминия, он...

Влияние природы катионов переходных элементов на...

Установлено, что каталитические свойства цеолитных систем зависят не только от

Влияние степени ионного обмена иприроды катионов вцеолите Yна его каталитические свойства

Наиболее сильное промотирующее действие на активность катализатора 0,86 CaNaY...

Каталитическое обезвреживание монооксида углерода на...

Изученный катализатор может быть использован в электронных приборах — каталитических преобразователях для контроля

Федяева О. А. Физико-химические свойства поверхности полупроводниковой системы CdXHg1-XTe. Монография. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013.

Внедрение железооксидного катализатора в установку получения...

Производительность установки УПС с применением катализатора (окись алюминия) составляет [1]

На каталитических ступенях процесса при температуре 200…3000С на катализаторе (активной окиси алюминия Аl2O3 – марки DD 431) происходит конверсия молекул Н2S и SО2 с...

Создание селективного катализатора для синтеза метанола

Вредными примесями, которые ухудшают действие всех катализаторов является примеси содержащие в составе железо, никель и кобальт, так

Нанесение соединений меди на носитель шпинельной структуры, которая состоит из оксидов цинка, магния, марганца, алюминия, хрома.

Задать вопрос