CC BY
0
Ä • 7universum.com
1д UNIVERSUM:
/учл химия и биология
НЕФТЕХИМИЯ
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА РАФИНАТА, ПОЛУЧЕННОГО ЭКСТРАКЦИЕЙ ОТХОДНОГО «ЖЁЛТОГО МАСЛА»
Тиллоев Лочин Исматиллоевич
д-р философии (PhD) по техническим наукам, Бухарский инженерно-технологический институт,
Узбекистан, г. Бухара E-mail: tilloevl@mail. ru
Курбонова Маликабону Муродовна
магистр,
Бухарский инженерно-технологический институт,
Узбекистан, г. Бухара
RESEARCH OF THE COMPOSITION OF THE RAFFINATE OBTAINED BY EXTRACTION OF WASTE "YELLOW OIL"
Lochin Tilloev
PhD in technical sciences, Bukhara Engineering-Technological Institute, Uzbekistan, Bukhara
Malikabonu Kurbonova
Master degree student, Bukhara Engineering-Technological Institute, Uzbekistan, Bukhara
АННОТАЦИЯ
Состав рафината, выделенного из отходного «жёлтого масла», образующегося при очистке пирогаза растворами щелочей, был исследован методом инфракрасной спектроскопии. Результаты спектрального анализа рафи-ната подтвердили, что он представляет собой макромолекулу кротонового альдегида, полимеризованную по связи С=С. Наличие альдегидной группы в данном полимере указывает на возможность его реагирования с другими веществами. Это означает, что его можно широко использовать при синтезе различных веществ в органической химической промышленности, в качестве загустителя при производстве пластичных смазочных масел и в других отраслях.
ABSTRACT
The composition of the raffinate extracted from the waste "yellow oil" formed during the purification of pyrolysis gas with alkali solutions was studied using infrared spectroscopy. The results of the spectral analysis of the raffinate confirmed that it is a macromolecule of crotonaldehyde polymerized by the C=C bond. The presence of an aldehyde group in this polymer indicates the possibility of its reaction with other substances. This means that it can be widely used in the synthesis of various substances in the organic chemical industry, as a thickener in the production of plastic lubricating oils, and in other industries.
Ключевые слова: желтое масло, рафинат, кротоновый альдегид, полиальдол, альдольная конденсация, пирогаз, загуститель.
Keywords: yellow oil, raffinate, crotonaldehyde, polyaldol, aldol condensation, pyrolysis gas, thickener.
Введение. Процесс пиролиза является одним из известных методов синтеза мономеров для производства полимеров. При пиролизе углеводородов образуется пирогаз, содержащий олефиновые углеводороды. Для повышения эффективности процесса
пиролиза вместе с сырьем в процесс добавляют такие реагенты, как пары воды и диметилдисульфид. Это приводит к появлению в пирогазе после пиролиза углеводородного сырья агрессивных веществ,
Библиографическое описание: Тиллоев Л.И., Курбонова М.М. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА РАФИНАТА, ПОЛУЧЕННОГО ЭКСТРАКЦИЕЙ ОТХОДНОГО «ЖЁЛТОГО МАСЛА» // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2025. 1(127). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/19000
таких как углекислый газ и сероводород. Для фракционирования пирогаза необходимо очистить его от агрессивных веществ. Часто это делают, очищая его водными растворами гидроксида натрия различной концентрации. В производственных процессах при очистке пирогаза щелочью вместе с отработанной щелочью также образуется маслянистый полимер - отходное «желтое масло» [1]. Механизм образования отходного «желтого масла» изучался многими учеными, и поясняется следующим:
Механизм полимеризационных процессов в колонне щелочной очистки пирогаза происходит
за счет альдольной конденсации связей С=0 (альдегидов, кетонов, кислот, спиртов), образующихся на стадии пиролиза [2].
При взаимодействии склонных к конденсации альдегидов с сильным основанием альдоль образует высокомолекулярное соединение [3]. При этом происходит реакция межмолекулярной дегидратации, первоначально образуется ненасыщенный альдегид или кетон (рис. 1). Затем ненасыщенные альдегиды полимеризуются в щелочной среде и превращаются в полиальдегиды. Механизм альдольной конденсации в щелочной среде можно выразить следующим образом:
НО Н о
н—с— сн «Ка°" > н—с - - - сн + нон
Н Ыа+
Н о
Н о
н—с— сн + н—с—сн -
Ыа^
Н
ОЫа О
- н3с с сн2 сн
Н
ОЫа
О
н3с—с —сн—сн -
Н
НОН
ОН
О
-нзс—с — сн2 — сн + Ка°н
Н
ОН
О
О
н3с - с -сн2 - сн -Ьагогаг- н3с - с=сн - сн + нон
Н
Н
О
нс—с=сн — сн «^а°н > РоНшег
Н
Рисунок 1. Механизм образования полимеров альдольной конденсации
Изучив структуру кротонового альдегида, европейские ученые обнаружили, что существует три возможных пути полимеризации кротонового альдегида. Этими тремя методами являются (а) полимеризация по связи С=С, (Ь) полимеризация по связи С=0 и полиальдольная конденсация. Полиаль-дольная конденсация относится к реакции одной карбонильной группы с последним атомом углерода другого альдегидного соединения. Внешний вид
трех типов кротональдегидных полимеров показан на рисунке 2 [4].
Ученые Института органической химии Российской академии наук В.М. Анненкова, Н.П. Шиляева, В.З.Анненкова в своей научной статье «Полимеризация кротонового альдегида под воздействием гид-роксида натрия» исследовали полимеризацию кротонового альдегида при различных концентрациях щелочи и температуре равной 20 и 60 °С.
Рисунок 2. Три вида кротон-альдегидного полимера: (а) полимеризация по связи C=C; (б) полимеризация по связи C=O; (в) полимеризация полиальдольной конденсацией
Они наблюдали три пути анионной полимеризации кротонового альдегида под действием гидрок-сида натрия. Эти три метода: (а) через связь С=С, (б) через связь С=О и (в) продукты полимеризации путем аналогичного превращения полимера за счет альдегидной группы, их вид изображен на рис. 3 [5,6].
Рисунок 3. Вид полимеров при анионной полимеризации кротонового альдегида под действием гидроксида натрия: а - полимеризация по связи С=С; (б) полимеризация по связи C=O; (г) полимеризация путем аналогичного превращения полимера за счет альдегидной группы
Авторы определили наличие областей поглощения альдегидных групп (1700 см-1), двойных связей С=С (1440, 950 см-1) и гидроксильных групп (1100, 950 см-1) в спектрах ИК-спектроскопии полимеров. Они обнаружили, что наличие альдегидных групп в полимерах кротонового альдегида связано с полимеризацией мономера по связи C = C (рис. 3 а).
Для определения природы двойных связей и гидроксильных групп были сняты ЯМР1Н спектры. Полученные результаты [5] показывают, что двойные связи в полимерах являются результатом полимеризации, образующейся через связь C=O (рис. 3б). Представленный на рис. 3а полимер альдегидных групп, зависящий от гидратной формы, показан на рис. 3 г.
Количественное определение альдегидных и ги-дроксильных групп и двойных связей показало, что
формы (а), (б), (г) находятся в соотношении 3:2:1 [5].
Приведенные выше анализы показывают, что кротоновый альдегид при полимеризации в щелочной среде превращается в поликротоновый альдегид и образуются три типа его полимеров. В ходе проведения исследования отходное «желтое масло», первоначально образованное при очистке пирогаза в щелочной среде и состоящее из смеси отработанной щелочи и масла, отстаивали и из него была извлечена маслянистая смесь углеводородов. При экстракции эта смесь углеводородов разделялась на экстракт и рафинат, полная информация об этом приведена в научном ресурсе [7]. Полученный рафи-нат был выбран в качестве объекта исследования. Поскольку состояние рафината твердое, имеет свойства полимеров, была поставлена задача проверить
его состав методом инфракрасной спектроскопии. Цель исследования - определить каким полимером ненасыщенных альдегидов является экстрагированный рафинат, и сформулировать структурную формулу.
Методика исследования. Метод анализа инфракрасной спектроскопии помогает определить химическую структуру веществ и функциональные группы их компонентов. Этот метод отличается тем, что для анализа используется очень небольшое количество материала, а анализ проводится быстро и точно [8].
Поскольку любое соединение имеет свой инфракрасный спектр, этот спектр еще называют паспортом этого соединения [9].
Инфракрасные спектры рафината получали на приборе Shimadzu. Данное устройство представляет собой компактное высокоточное устройство, оснащенное высокочувствительным и ярким керамическим источником излучения и стабилизированным детектором DLATGS. ШАЙшИу-^ имеет высокое соотношение сигнала волны, равной 30000/1. Анализ полученных спектров проводился на основании надежных рекомендаций [8, 10, 11].
Результат. Для определения типа кротональде-гидного полимера, к которому относится рафинат -объект исследования, методом инфракрасной спектроскопии был изучен его состав. Спектр инфракрасной спектроскопии рафината представлен на рис. 4.
Рисунок 4. Инфракрасный спектр рафината
В спектре инфракрасной спектроскопии рафината, изображенном на рис. 4, широкий и интенсивный сигнал валентного колебания гидроксильной группы (О-Н) наблюдается в области 3388,66 см-1, а сигнал ее деформационного колебания - в области 1394,16^892,27 см-1. Сигналы валентных колебаний метиновой (СН) группы наблюдаются в области 2923,25 см-1. Видно, что в областях 2970,13 см-1 и 1241,89 см-1 наблюдаются сигналы, характерные для деформационных колебаний метильной (СН3) группы, а также наблюдается сигнал, характерный
для валентного колебания связи С=О в области 1697,69 см-1.
В то же время видно, что в спектре отсутствует область 1690-1635 см-1 группы С=С, принадлежащая алкенам, присутствующим в кротоновом альдегиде. Отсюда можно сделать вывод, что отсутствие области группы С=С, наличие связи С=О и (ОН)-гидроксильной группы в инфракрасном спектре ра-фината означает, что рафинат, выделенный из отходного «желтого масла» содержит два типа полимеров кротонового альдегида (рис. 2).
CH— CH— I I CH C=O 3 I H
n
■CH— CHI I CH CH 3 /\ HO OH
n
а) формула макромолекулы, полимеризованной по связи б) Формула макромолекулы, полимеризованной
С=С по связи С=С, в форме гидрата альдегидных групп
Рисунок 5. Полимеры кротонового альдегида в составе рафината
Отсутствие связи С=С в спектре подтверждает, что она является макромолекулой, полимеризованной за счет этой связи (рис. 5а), а наличие в спектре валентных и деформационных колебаний гидроксильной группы (О-Н) подтверждает, что это является макромолекулой, полимеризованной путем аналогичной замены полимера за счет альдегидной группы. (рис. 5б). Количественная оценка связей С=0 и гидроксильных групп (а) и (б) показывает их соотношение равном 2:1.
Заключение. Изучение состава рафината доказало, что он является полимерным веществом с альдегидной группой. Наличие альдегидной группы
в рафинате означает, что он легко вступает в реакцию с другими веществами. Рафинат может найти широкое применение при синтезе новых видов веществ в органической химической промышленности под воздействием различных реагентов. Это создает возможность синтезировать новые виды веществ в химической промышленности и синтезировать с их помощью различные добавки, наполнители, загустители, ингибиторы и другие ценные продукты.
Список литературы:
1. Тиллоев Л. И., Усмонов Х. Р. У., Хамидов Д. Г. Техническая классификация отходов в газовых химических комплексах //Universum: технические науки. - 2020. - №. 5-2 (74). - С. 74-78.
2. Wines T. H. Improve contaminant control in ethylene production //Hydrocarbon Processing. - 2005. - Т. 84. -№. 4. - С. 41.
3. [Elektron resurs]. - Kirish rejimi: https://fayllar.org/ozbekiston-respublikasi-oliy-va-orta-maxsus-talim-vazirligi-ni-v39.html?page=14
4. Patent US3163622 Polycrotonaldehyde. Jerry N. Kora, Stanford, Cona, assignor to American Cyanamid. Company, New York, N.Y., a corporation of Maine.: 29.12.1964 № 119, 817.
5. В. М. Анненкова, Н. П. Шиляева, В. 3. Анненков Полимеризация кротонового альдегида под влиянием едкого натра // Высокомолекулярные соединения, Серия Б, 1995, Том 37, № 6, с. 1051 - 1053.
6. Oblokulov S. Preparation of polycrotonic aldehyde //E3S Web of Conferences. - EDP Sciences, 2024. - Т. 474. -С. 01003.
7. Tilloev L. et al. Extraction of hydrocarbons from "yellow oil" with liquefied gas residue //E3S Web of Conferences. -EDP Sciences, 2024. - Т. 486. - С. 04023.
8. Ramos Moita, M.F., Duarte, M.L.T.S., Fausto, R. An infrared spectroscopic study of crystalline copper (II) propionate and butyrate / M.F.Ramos Moita, M.L.T.S.Duarte, R.Fausto // Spectrosc. Lett. - 1994. - V. 27. - № 10. - P. 1421- 1430.
9. Neft va gaz mahsulotlarining fizik-kimyoviy tahlili: darslik/S.F.fozilov va boshq.; O'zbekiston Respublikasi Oliy va o'rta maxsus ta'lim vazirligi. - T.: "ILM ZIYO", 2010. - 232 b.
10. Silverstein, R.M., Webster, F.X., Kiemle, D. Spectrometric identification of organic compounds / R.M.Silverstein, F.X.Webster, D.Kiemle. - Wiley, 2005. - 512 p.
11. Накамото, К. ИК-спектры и спектры КР неорганических и координационных соединений /К. Накамото. - М.: Мир, 1991. - 536 с.
