Спосіб одержання мурашиної кислоти

Реферат: Винахід належить до хімічної промисловості. Спосіб одержання мурашиної кислоти, що полягає в обробці водного середовища ультрафіолетовим випромінюванням з довжиною хвилі 190-365 3 нм у присутності гідрокарбонат-іонів у кількості 200-500 мг/дм і фотокаталізатора - іонів 3 заліза(III) у кількості 0,2-3,0 мг/дм . Винахід дозволяє спростити та суттєво знизити вартість способу при його екологічній безпеці. UA 111207 C2 (12) UA 111207 C2 UA 111207 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до хімічної промисловості, зокрема до одержання мурашиної кислоти шляхом фотокаталітичного окиснення неорганічних кисневмісних речовин, і може бути використаний у виробництві лікарських препаратів, хімічних волокон і т.д. Відомий спосіб одержання мурашиної кислоти в газовій фазі (RU патент N 2053995, МПК 6 С07С 3/02, опубл. 10.02.1996) [1]. Суть способу полягає в наступному. Мурашину кислоту одержують із метанолу у дві стадії. На першій стадії окиснення метанолу здійснюють киснем повітря в секційному реакторі (І), що поєднує трубчасту й адіабатичну секції. На другій стадії доокиснення ведуть в іншому трубчастому секційному реакторі (II) при 100-150 °C у присутності ванадій-титанового або ванадій-титан-фосфорного, або олово-молібденового каталізатора до мурашиної кислоти. Як недоліки способу можна відзначити тривалість, складність технологічного процесу, а також використання токсичного метанолу. Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю є спосіб одержання мурашиної кислоти, описаний в [2] (Kaneco S, Knrimoto H., Shimizu Y. et al. Photocatalitic reduction of CO2 using TiO2 powders in supercritical fluid CO2 // Energy. - 1999. - Vol. 24. - P. 21-30). Спосіб реалізується в такий спосіб. Мурашину кислоту одержують у дві стадії, поміщаючи порошок двоокису титану в сталевий контейнер. На першій стадії контейнер заповнюють вуглекислим газом високої чистоти й доводять вуглекислий газ до надкритичного стану підняттям тиску до 9,0 МПа й температури до 35 °C. Проводять опромінення вмісту світлом ксенонової лампи інтенсивністю 0,96 кВ/м протягом 5 годин. На другій стадії тиск знижують до 3 нормального й додають у посудину 5 см води. Після розчинення газоподібних продуктів у воді утворюється мурашина кислота. Основними недоліками відомого способу [2] є висока вартість одержання мурашиної кислоти за рахунок використання дорогого каталізатора - двоокису титану, а також складність технологічної схеми за рахунок двостадійності процесу при використанні підвищеної температури й високого тиску. В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб одержання мурашиної кислоти, у якому використання іншої хімічної природи рідкої фази, що є основою одержання мурашиної кислоти, у нових фізико-хімічних умовах окиснення забезпечує суттєве зниження вартості процесу й спрощення технологічної схеми, а також забезпечує екологічну безпеку. Для вирішення поставленої задачі запропонований спосіб одержання мурашиної кислоти, що включає обробку вихідного середовища ультрафіолетовим світлом у присутності каталізатора, у якому, згідно з винаходом, одержання мурашиної кислоти здійснюють у водному 3 середовищі в присутності гідрокарбонат-іонів у кількості 200-500 мг/дм , як каталізатор 3 використовують іони заліза(III) у кількості 0,2-3,0 мг/дм , а обробку ультрафіолетовим випромінюванням здійснюють з довжиною хвилі 190-365 нм. Нами вперше запропоновано здійснювати процес одержання мурашиної кислоти у водному середовищі, що містить гідрокарбонат-іони, які є джерелом одержання мурашиної кислоти в присутності фотокаталізатора -іонів заліза(ІІІ) при ультрафіолетовому опроміненні. Спільна дія зазначених факторів забезпечує процес одержання мурашиної кислоти за рахунок утворення й взаємодії між собою радикалів гідрокарбонату. Слід зазначити, що процес характеризується протіканням в одну стадію при нормальних температурі й тиску з використанням екологічно безпечного й недорогого фотокаталізатора. Таким чином, сукупність суттєвих ознак способу одержання мурашиної кислоти, що заявляється, є необхідною й достатньою для досягнення технічного результату, забезпечуваного винаходом - суттєве зниження вартості процесу одержання мурашиної кислоти й спрощення технологічної схеми. Спосіб реалізується в такий спосіб. 3 Вихідну воду зі вмістом гідрокарбонат-іонів у кількості 200-500 мг/дм поміщають у реактор. Потім у реактор додають фотокаталізатор у вигляді водяного розчину солі заліза, наприклад, FeCl3*6H2O (ГОСТ 4147-74) або Fe2(SO4)3*9H2O (ГОСТ 9485-74), до вмісту іонів Fe(III) у кількості 3 0,2-3,0 мг/дм , і перемішують. Отриману суміш опромінюють ультрафіолетовим світлом з довжиною хвилі 190-365 нм протягом 3-4 годин. При цьому використовують ртутну лампу: ртутну кварцову бактерицидну ультрафіолетову ДРБ-36 або дугову ртутно-кварцову лампу ДРК120. Процес одержання мурашиної кислоти ведуть при кімнатній температурі. Продуктами реакції є, крім мурашиної кислоти, вуглекислий газ і кисень, що не є токсичними сполуками. Мурашину кислоту з реакційної суміші виділяють будь-яким відомим способом, наприклад пропущенням через катіоніт для відділення катіонів і через аніоніт для відділення 1 UA 111207 C2 5 10 15 20 25 аніонів, потім проводять зневоднювання мурашиної кислоти за допомогою безводної щавлевої кислоти. Кількість гідрокарбонат-іонів визначають титруванням [Бабко А.К., Пятницкий И.В. Количественный анализ. - М.: Мир, 1968. - 495 с.], кількість іонів заліза(III) - фотометричним методом з роданідом калію [Вода питьевая (методы анализа). Сборник. - Μ.: Государственный комитет по стандартам, 1984. - 239 с.], кількість мурашиної кислоти - методом іонної хроматографії [Фритц Дж., Гьерде Д., Поланд К. Ионная хроматография. - Пер. с англ. - М: Мир, 1984. - 224 с.]. Приклад виконання за винаходом. 3 3 Беруть 1 дм вихідної води зі змістом гідрокарбонат-іонів у кількості 400 мг/дм і поміщають у реактор. Потім додають водний розчин солі FeCl3*6H2O до вмісту у воді іонів Fe(III) у кількості 3 2,2 мг/дм . Суміш перемішують і піддають опроміненню ультрафіолетовим світлом з довжиною хвилі 254 нм протягом 3 годин. Для цього використовують ртутну лампу ДРБ-36. Одержаний 3 розчин мурашиної кислоти концентрації 0,43 моль/дм (таблиця, пр. 3). Мурашину кислоту з отриманого водного розчину виділяють іонообмінним методом: на катіоніті відокремлюють залізо й інші катіони, а при наступному пропущенні через аніоніт з розчину виділяється фракція, що містить мурашину кислоту. Потім розчин мурашиної кислоти зневоднюють обробкою безводною щавлевою кислотою. Одержано концентрований розчин 3 мурашиної кислоти концентрації 19 моль/дм . Аналогічно прикладу виконання за винаходом були проведені досліди з одержання мурашиної кислоти у водному середовищі при вмісті гідрокарбонат-іонів і каталізатора (іони Fe(III)) обробкою ультрафіолетовим випромінюванням, значення яких перебувають як у діапазоні, що заявляється, так і при позамежних значеннях (таблиця, пр. 1-10). Експериментально встановлено, що оптимальними умовами, котрі забезпечують ефективний процес одержання мурашиної кислоти, є концентрація гідрокарбонату натрію 2003 3 500 мг/дм , вміст іонів заліза(ІІІ) - 0,2-3,0 мг/дм при обробці водного розчину ультрафіолетовим світлом з довжиною хвилі 190-365 нм (таблиця, пр. 1-4). Нижня межа вмісту гідрокарбонат-іонів у вихідній воді обмежена малим виходом мурашиної кислоти, що є економічно недоцільним (таблиця, пр. 5). 30 Таблиця № п/п 1 2 3 4 40 200 300 400 500 5 6 7 8 9 10 35 Концентрація 3 гідрокарбонату, мг/дм 150 550 200 500 200 500 Концентрація іонів 3 Fe(III), мг/дм За винаходом 0,2 1,1 2,2 3,0 Позамежні значення 0,2 3,0 0,1 3,3 0,2 3,0 Довжина хвилі УФ, нм Вихід мурашиної 3 кислоти, моль/дм 190 313 254 365 0,55 0,30 0,43 0,20 190 365 190 365 172 400 0,15 0,14 0,12 0,11 0,05 0,03 При позамежному вмісті гідрокарбонат-іонів у вихідній воді також відбувається зниження виходу мурашиної кислоти за рахунок, як ми вважаємося, рекомбінації радикалів гідрокарбонату (таблиця, пр. 6). Проведення процесу одержання мурашиної кислоти в присутності каталізатора (іонів заліза(ІІІ), кількість якого нижче межі, що заявляється, приводить до зниження виходу кінцевого продукту за рахунок неповноти реакції синтезу мурашиної кислоти з гідрокарбонат-радикалів (таблиця, пр. 7). При позамежному вмісті іонів заліза(ІІІ) у вихідній воді вода здобуває жовтувате забарвлення, що призводить, як ми вважаємо, до поглинання ультрафіолетового світла товщею забарвленого розчину, у результаті чого вихід мурашиної кислоти знижується (таблиця, пр. 8). Використання ультрафіолетового опромінення в діапазоні довжин хвиль, що заявляється, при збереженні інших параметрів процесу забезпечує повноту утворення мурашиної кислоти. 2 UA 111207 C2 5 10 При використанні ультрафіолетового опромінення з довжиною хвилі, що нижче заявляється практично не відбувається утвору гідрокарбонат-радикалів, які необхідні для одержання мурашиної кислоти (таблиця, пр. 9). Використання ультрафіолетового опромінення з довжиною хвилі вище, що заявляється, є недоцільним, тому що не приводить до підвищення виходу мурашиної кислоти (таблиця, пр. 10). Переваги способу одержання мурашиної кислоти, що заявляється, у порівнянні з відомим [2] полягають у наступному: реалізація способу забезпечує спрощення процесу одержання мурашиноїкислоти шляхом проведення його в одну стадію при нормальних тиску й температурі, що приводить до зниження вартості готового продукту. спосіб, що заявляється, є екологічно безпечним за рахунок використання водного середовища з гідрокарбонат-іонами як вихідної сировини для одержання мурашиної кислоти. Достоїнством способу одержання мурашиної кислоти, що заявляється, є високий ступінь чистоти готового продукту в силу нетоксичності вихідної сировини. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 Спосіб одержання мурашиної кислоти, що включає обробку вихідного середовища ультрафіолетовим випромінюванням у присутності фотокаталізатора, який відрізняється тим, що одержання мурашиної кислоти здійснюють у водному середовищі в присутності 3 гідрокарбонат-іонів у кількості 200-500 мг/дм , як фотокаталізатор використовують іони 3 заліза(ІІІ) у кількості 0,2-3,0 мг/дм , і обробку ультрафіолетовим випромінюванням проводять при довжині хвилі 190-365 нм. 25 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3