Катализатор для дегидратации пентоз

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4057669/31-04 (22) 14.03,86 (46) 15.11.87, Бюл. Р 42 (7 1) Сыктывкарский государственный университет им. 50-летия СССР и Ухтинский индустриальный институт (72) Г.П.Потапов и В.И.Крупенский (53) 66.097.3 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 952864, кл. В 01 J 31/28, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1155600, кл. С 07 D 307/50, 1983. (54) КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ДЕГИДРАТАЦИИ

ПЕНТОЗ (57) Изобретение касается катилитической химии, в частности каталиэа„„SU„„1351649 A 1

yg 4 В 01 J 31,/06, С 07 D 307/50 тора (КТ) для дегидратации пентоэ, и может быть использовано в производстве фурфурола. Для повышения активности титансодержащего ката" лизатора на полимерном носителе используют 10-20 мас.Ж титаниламмоний сульфат и носитель — полиакриламид, частично сшитый 13 мас.7 фенолформальдегидным олигомером со степенью полимеризации 5-6 и мол.м. 200000.

Укаэанный КТ позволяет испольэовать доступные компоненты и получать из ксилозы или арабинозы выход фурфурола 80-87% при снижении осмоления и времени процесса с 62 до,3 ч, причем. сам КТ легко отделяется от реакцион- а

6 ной массы; 4 табл.

1351649 г

Изобретение относится к гетеро- ют О, 1 r водного раствора фенолфоргенным катализаторам на полимерных мальдегидного олигомера (ФФО} в 10 мл носителях и может быть использова- воды и после этого добавляют туда же но для получения фурфурола (ФФ). ранее приготовленный раствор

Целью изобретения является увели- (NH )>TiO(SO )> . Сразу же образуетчение активности катализатора за ся набухший крупнопористый осадок счет содержания новых соединений полимерного комплекса титана. Содерактивной составляющей катализатора жимое емкости с осадком перемешивают и носителя. в течение 5 ч, затем отмывают водой от незакрепленного соединения титаПример 1. В 1 л дистиллиро- на и используют для получения ФФ. ванной воды растворяют 10 г полиак- Пример ы 2-18. Проводят ана. риламида (ПАА) . В другой емкости ра- логично примеру 1, Условия получения створяют 20 г (NH+)> TiO(SO<)> в 0,5 л .ig и некоторые характеристики макроком. воды. Затем в емкость, содержащую 1Ж- плексов тинана (I V) приведены в ный раствор полиакриламида, добавля- табл. 1.

Т а б л и ц а 1 ество хи макролтана (IV) i0(SO ) бухаемость воде, r цы/г комекса

10

10

0,1

10

0,1

О, l

10

8,2

i0 0,1

8,5

0,2

0,2

15

10 . 0,2

1D

6„5

10 0,2

6,5

12+

i

0,2

0,3

25 i0

0,3

4,5

0,3

0,3

4,5

5,0

0,3

5,0

17

18ф

10 0,3

+ Полимерный комплекс не выпадает в осадок.

135!649

1710 см, что доказывает образова ние полимерного комплекса титана.

Структуру ФФО можно представить . следующим образом:

Таблица 2

Пример

74 1

79 1

84 1

89 1

15

CH -СН

C0N

15

5 94 1

6 99 1

7 73 2

20

8 78 2

9 83 2

10 88 2

11 93 2

12 98 2

13 72 3

14 77 3

15 82 3

16 87 3

15

Катализатор в рабочем состоянии представляет собой набухающий, но не растворимый в реакционной среде комплекс (NH ) TiO(SO <) < с полиакриламидом и ФФО.

Состав катализатора по примерам

1-!6 представлен в табл, 2, Содержание компонентов, мас,%

ПАА ФФО Количество закрепленного комплекса титана (TV) Полимерный комплекс не выпадает в осадок.

В ИК-спектре полиакриламида присутствует полоса амидной группы при

1620 см ", а в комплексе — при

1О д =56.

Средняя мол,м. ФФО была »470-560„ молекулярно-массовое распределение было близко к 2.

Использованный полиакриламид имеет среднюю .мол. м. - 200000, молекулярно-массовое распределение 5.

Катализатор по изобретению по сравнению с известным значительно дешевле, поскольку не содержит ти25 танопорфирина и не требует процесса сополимеризации. Отсутствие стадии сополимериэации значительно упрощает и удешевляет способ получения катализатора, так как отпадает необходимо мость в использовании сложной и дорогостоящей рецептуры окислительно-восстановительной системы. В качестве полимера-комплексообразователя используют полиакриламид, используемый на целлюлозно-бумажных комбинатах для

35 проклейки бумажного полотна, а в качесTBe сшивающего и упрочняющего компонента полимерного комплекса — ФФО (также более дешевый, чем используеI

4 мый по известному способу N,N -метилен-бис-акриламид).

Пример 19 (по изобретению).

5 л 2%-ного водного раствора ксилозы помещают в автоклав с принудительной циркуляцией, нагревают до 130 С и в течение 3 ч прокачивают через слой набухших гранул (250 г) полиакриламидного комплекса титана (IV) с содержанием (NH )TiO(SO J !5% мас. (пример 3). Получают 55,8 r ФФ, т.е.

87% от теоретического.

Пример 20 (по изобретению), Аналогично условиям примера 19 проводят дегидратацию ксилоэы и араби55 нозы в пРисутствии макромолекулярного комплекса, содержащего различные количества закрепленного титана (ZV)„

Данные опытов приведены в табл. 3 (катализатор по табл. 2).

5 1351649

Таблица 3

Продолжение табл 3

Пара биноза примеру лоза

Арабиноза по примеру

Параметры

Ксилоэа по примеру еру

3)4 2 3 4

1 2 3 4

1 2 3 4

Выход ФФ, 10 % от теоКоличество катализатора, г ретического

250

250

Пример 21 (по изобретению), Аналогично условиям примера 19 про15 водят дегидратацию ксилозы и арабиноэы в присутствии макромолекулярного комплекса Ti (Х1 ), характеризующегося различной величиной набухаемости в воде. Данные опытов приведены в табл, 4 (катализатор по табл.2).

Продолжительность процесса,ч

Температура, С

130

140

Таблица 4

Ксилоза по примеру

Арабиноза по примеру

Параметры

Т tl

3 9 15

3 9 15 2

Продолжительность процесса ч

3 3 5 4 4 4 4,5 5

Температура С

130

140

iOO

Выход ФФ, % от теоретического

87 87 85 81 84 84 83 молекулами. Увеличение координационных межмакромолекулярных связей приводит к уменьшению степени набухаемости и не увеличивает (несмотря на большую концентрацию Ti в объеме гранул катализатора) скорость реакции и выход целевого продукта (табл.3) .

Пример 20 (табл.3, катализатор 3) и пример 21 (табл, 4, катализатор 3) подтверждают оптимальные условия осуществления процесса дегидратации альдоз в присутствии катализатора полиакриламид — (NH ) Ti0 (S04)

Продукты реакцйи можно легко отделять от набухших: гранул катализатора. При использовании предложенноУменьшение степени набухания катализатора в воде приводит к ухудшению доступности каталитических центров и, как следствие, к снижению скорости дегидратации альдоз и увеличению времени реакции. Уменьшение концентрации иммобилизованных Т 4+ (уменьшение акВО тивных центров) в объеме набухших гранул катализаторов приводит к уменьшению скорости реакции и выхода ФФ, что иллюстрируется данными табл.3 и 4.

Увеличение содержания (ИН 4) ТгО(БО4) (> 20 мас.%) также не приводит к увеличению каталитического эффекта, поскольку при этом увеличивается число комплексных мостиков между макро-87 87 87 80 84 84 84 79

Составитель Т,Белослюдова

Редактор Н,Швыдкая Техред А.Кравчук Корректор Л.Пилипенко

Заказ 5518/7 Тираж 511 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

;7 13516

ro катализатора не наблюдается осмоление ФФ, что позволяет получать целевой товарный продукт с высоким качеством.

Об увеличении активности катали,5 затора свидетельствует увеличение выхода ФФ при дегидратации 2Х-ного раствора ксилоэы в автоклаве при 130 С в течение 3 ч от 62 (по прототипу) 1ð до 80-877 от теоретического для предложенного катализатора.

Формула и э обретения

Катализатор для дегидратации пентоз, содержащий соединение титана

49

8 на полимерном носителе, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью увеличения активности катализатора, в качестве соединения титана он содержит титаниламмонийсульфат H в качестве полимерного носителя - полиакриламид, частично сшитый фенолформальдегидным олигомером со степенью полимеризацин 5-6 при следующем содержании компонентов в катализаторе, мас. Е:

Титаниламмонийсульфат 10-20

Фенолформальдегидный олигомер 1-3

Пьлиакриламид Остальное