СИНТЕЗ АКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ

АННОТАЦИЯ

Исследован метод синтеза акриловой кислоты на основе уксусной кислоты и формальдегида. Показано новое составное соотношение ванадий-фосфорного катализатора. Проведен элементный анализ ванадий-фосфорного катализатора, Изучено влияние катализатора на выход продукта реакции – акриловой кислоты, в зависимости от температуры проведения реакции и мольных соотношений реагентов, входящих в состав катализатора. Оптимизированы условия осуществления синтеза. Определен наиболее эффективный состав ванадий-фосфорного катализатора для реакции взаимодействия уксусной кислоты и формальдегида.

ABSTRACT

The article investigates a method for the synthesis of acrylic acid based on acetic acid and formaldehyde. A new compositional ratio of the vanadium-phosphorus catalyst is shown. Elemental analysis of the vanadium-phosphorus catalyst was carried out. The effect of the catalyst on the yield of the reaction product was studied. The influence of the temperature of the reaction and the molar ratios of the reagents on the yield of acrylic acid was investigated. The optimal synthesis conditions have been established. The most effective composition of a vanadium-phosphorus catalyst for the reaction of interaction between acetic acid and formaldehyde has been determined.

Ключевые слова: уксусная кислота, формальдегид, акриловая кислота, альдольная конденсация, термокаталитический процесс, катализатор.

Keywords: acetic acid, formaldehyde, acrylic acid, aldol condensation, thermocatalytic process, catalyst.

Введение.

Сегодня спрос на мономеры, которые являются основным сырьем при производстве высокомолекулярных соединений и полимеров, очень высок. В частности, из года в год растет спрос на мономеры, содержащие винильную группу, включая акриловую кислоту, акрилонитрил, винилацетат, винилхлорид и т.д. Некоторые соли акриловой кислоты входят в полимерный состав для крепления грунтов. Акриловая кислота и ее эфиры используют для получения полимерных материалов, в производстве полиакриловой кислоты, ионообменных смол, каучуков [1, 2, 3].

Кроме того, акриловые эфиры применяют для получения полимерных эмульсий, востребованных в кожевенной и текстильной промышленности, в производстве бумаги [4, 5]. В лакокрасочной промышленности акриловые эмульсии необходимы для приготовления водорастворимых красок. Также акриловая кислота широко применяется в производстве небьющегося стекла, в электропромышленности, в производстве пластмасс. [6, 7, 8].

Поэтому актуальной задачей является совершенствование производства и разработка получения мономеров из местного сырья.

Исходя из этого, была поставлена цель - синтезировать акриловую кислоту из уксусной кислоты и формальдегида.

Экспериментальная часть.

Процесс получения акриловой кислоты из уксусной кислоты и формальдегида проводили на основе термокаталитического процесса, который основан на механизме реакции альдольной конденсации [9, 10]. Этот процесс можно выразить следующим уравнением:

здесь, АсА – уксусная кислота, АА – акриловая кислота, FA – формальдегид, (*) - свободный активный центр поверхности катализатора.

Для процесса использовали катализаторы, содержащие P–V––O_x/SiO₂. В данном исследовании изучалось влияние мольного соотношения сырья и температуры на выход вещества, образующегося при производстве акриловой кислоты. Результаты приведены в таблице 1 и на рисунке 1.

Таблица 1.

Влияние мольного соотношения веществ и температуры на выход акриловой кислоты

На основании данных, представленных в таблице 1, построен график зависимости температуры от выхода продукта.

Рисунок 1. Влияние мольного соотношения веществ и температуры на выход продукта

Из таблицы 1 и рисунка 1видно, что выход акриловой кислоты наиболее высока при мольном соотношении формальдегида и уксусной кислоты 1:5 и при температуре 320 ⁰С, и эти параметры являются оптимальными для данного процесса.Затем было изучено влияние соотношения P/V, содержащихся в катализаторе, на выход полученной акриловой кислоты.

Таблица 2.

Влияние соотношения P/V на выход акриловой кислоты

Рисунок 2. Влияние соотношения P/V на выход акриловой кислоты

Из таблицы 2 и рисунка 2 видно, что выход акриловой кислоты наиболее высока при соотношении P/Vравном 1,5 и при температуре 320 – 340 ⁰С, и эти параметры являются оптимальными для данного процесса.

Был проведен элементный анализ катализатора, используемого при производстве акриловой кислоты, он показан на рисунке 3 ниже.

Из элементного анализа катализатора также видно, что мольное соотношение фосфора и ванадия в катализаторе составляет почти 1,5: 1.

Рисунок 3. Элементный анализ катализатора

Выводы

Обоснована важность исследования синтеза акриловой кислоты путем проведения литературного анализа по получению и применению акриловых мономеров.

Создано новое составное соотношение ванадий-фосфорного катализатора для управления химической кинетики реакции взаимодействия уксусной кислоты и формальдегида.

Установлены температурный режим и оптимальное мольное соотношение реагентов для проведения синтеза акриловой кислоты.

Список литературы:

1. Тожидинов М.Б., Джалилов А.Т., Каримов М.У. Cинтез акрилоилморфолина и изучение его ИК-спектров // Universum: Технические науки. 2021 № 1 (82). 90 – 93 с.
2. Kryzhanovskii V. K., Lavrov N. A., Kiemov S. N. The effect of disperse fillers on the thermomechanical characteristics of epoxy polymers //Polymer Science, Series D. – 2018. – Т. 11. – №. 2. – С. 230-232.
3. Крыжановский В. К., Лавров Н. А., Киемов Ш. Н. Влияние дисперсных наполнителей на термомеханические характеристики эпоксидных полимеров //Все материалы. Энциклопедический справочник. – 2017. – №. 11. – С. 9-13.
4. J.Skubiszewska-Zieba, S.Khalameida, V.Sydorchuk. Comparison of surface properties of silica xero- and hydrogels hydrothermally modified using mechanochemical, microwave and classical methods. // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2016. Vol. 504. p. 139-153.
5. ХусановаМ. Ф., КиёмовШ. Н., ДжалиловА. Т. Свойства новых олеогелей на основе каучуков //Universum: технические науки. – 2020. – №. 9-2 (78).
6. I.Shpyrka, R.Nebesnyi, V.Sydorchuk, S.Khalameida, V.Ivasiv, K.Zavalii. Catalysts of Aldol Condensation of Acetic Acid with Formaldehyde. // International youth science forum “LITTERIS ET ARTIBUS”. 2017. Lviv, Ukraine 23–25 November.р. 76 – 77.
7. A.Pavliuk, O.Orobchuk, V.Ivasiv, R.Nebesnyi. Kinetics of Aldol Condensation of Acetic Acid with Formaldehyde on Modified Fumed Silica Supported Catalyst. // International youth science forum “LITTERIS ET ARTIBUS”. 2019. Lviv, Ukraine 21–23 November.р. 38 – 41.
8. J.Liu, Р.Xu, Р.Wang, Z.Xu, X.Feng, W.Ji, Ch.T.Au. Vanadium phosphorus oxide/Siliceous Mesostructured cellular Foams: efcient and selective for sustainable acrylic acid production via condensation route. // Scientific Reports 2019. V.9. p.16988-16998.
9. A.Wang et.al. Aldol condensation of acetic acid with formaldehyde to acrylic acid over Cs(Ce, Nd) VPO/SiO2 catalyst. // The Royal Society of Chemistry 2017. V 7. p. 48475 – 48485.
10. V.V. Ivasiv, Z.G. Pikh, V.M. Zhyznevskyy, R.V. Nebesnyi. Physical-chemical properties of surface of B2O3 – P2O5 – МеOх/SiO2 catalysts and their influence on parameters of propionic acid aldol condensation with formaldehyde. // Reports of NASc of Ukraine.2011. Vol. 11, p. 126-130.