Введение к работе
Актуальность работы. Органические кислоты широко используются в пищевой, парфюмерной, фармацевтической промышленности, для получения пластмасс, пластификаторов, биоразлагаемых полимеров и т.д.
Одними из наиболее эффективных и доступных методов извлечения, разделения и очистки веществ являются экстракционные процессы, которые занимают значительное место в технологии органических веществ на промежуточных этапах их получения. Экстракционные процессы применяются в технологии ферментативного производства моно-, ди-, трикарбоновых кислот, их солей и ряда других органических соединений. В последнее время развиваются работы по выделению карбоновых кислот из растворов ферментации, а также их очистки экстракционными методами непосредственно в ходе культивирования микроорганизмов, что позволяет сокращать число технологических стадий в производственном процессе.
Используемые в настоящее время в отечественной промышленности способы получения монокарбоновых кислот, в частности, молочной кислоты, имеют одним из своих основных недостатков - низкое качество целевого продукта. В технологии получения монокарбоновых кислот зарубежных производителей применяются жидкостная экстракция, ионный обмен, ионообменная хроматография, что позволяет получать продукты высокого качества. Экстракционные процессы применяются на стадии предварительной очистки низкомолекулярных монокарбоновых кислот.
Весьма перспективным является использование смесей экстрагентов, а также бинарных экстрагентов [1]. До настоящего времени систематических исследований распределения карбоновых кислот в системах с бинарными экстра-гентами не проводилось, поэтому исследование основных закономерностей межфазного распределения монокарбоновых кислот, определение количественных характеристик экстракционных процессов в этих системах является актуальным и необходимым для разработки современных технологических процессов.
Для совершенствования существующих технологий разделения компонентов жидких смесей целесообразно также использовать новые варианты экстракционных и экстракционно-хроматографических методов [2].
Работа выполнена в соответствии с планами НИР ИОНХ РАН. Исследования включены в проекты РФФИ № 10-03-00188-а "Развитие научных основ новых экстракционных и комбинированных химико-технологических процессов и разработка эффективных методов разделения веществ и получения функциональных материалов" и № 07-03-00993-а "Развитие физико-химических основ процессов разделения неорганических и органических веществ в гетерогенных системах с бинарными реагентами", а также в проект "Пульсационно-циклическая жидкость-жидкостная хроматография" программы фундаментальных исследований Президиума РАН "Создание и совершенствование методов химического анализа и исследования структуры веществ и материалов".
Цель работы: Исследование закономерностей межфазного распределения низкомолекулярных монокарбоновых кислот в системах с бинарными экстра-гентами.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
провести анализ закономерностей межфазного распределения слабых
кислот в системах с бинарными экстрагентами;
исследование закономерностей распределения монокарбоновых кислот в системах с бинарными экстрагентами;
количественное описание экстракционных равновесий при экстракции монокарбоновых кислот бинарными экстрагентами;
изучение возможностей использования новых экстракционных и экстрак-ционно-хроматографических методов для извлечения и разделения монокарбоновых кислот.
Научная новизна. Впервые проведены систематические исследования экстракции монокарбоновых кислот в системах с бинарными экстрагентами:
Проведен теоретический анализ межфазного распределения слабых кислот в системах с бинарными экстрагентами, предложено описание процесса экстракции в зависимости от составов водной и органической фаз;
Получены данные по экстракции монокарбоновых кислот в системах с бинарными экстрагентами на основе триоктиламина и триоктилметиламмо-ния, установлены ряды экстрагируемости кислот и экстракционной способности бинарных экстрагентов;
Изучено распределение монокарбоновых кислот в системах с ди(2-этилгексил)фосфатом, ди(2-этилгексил)дитиофосфатом и динонилнафта-линсульфонатом триоктилметиламмония. Установлены закономерности экстракции монокарбоновых кислот, стехиометрия процессов экстракции и составы экстрагируемых соединений.
Практическая значимость работы. Полученные данные по распределению монокарбоновых кислот в системах с бинарными экстрагентами могут быть использованы для разработки новых экстракционных методов извлечения и разделения монокарбоновых кислот.
Показана возможность разделения монокарбоновых кислот методом жидкость-жидкостной хроматографии со свободной неподвижной фазой с использованием бинарных экстрагентов.
Показана возможность повышения качества технической молочной кислоты благодаря использованию экстракционных методов.
Апробация работы. Основное содержание работы обсуждалось на следующих научных конференциях и семинарах: на I Научно-практической конференции "Новые подходы в химической технологии и практика применения процессов экстракции и сорбции" (г. Санкт-Петербург, 12-15 мая 2009 г.); II Международной конференции по химии и химической технологии (г. Ереван, 13-17 сентября 2010 г.); IV Международной конференции "Экстракция органических соединений" (г. Воронеж, 20-24 сентября 2010 г.); Ill Международном симпозиуме по сорбции и экстракции; Школе молодых ученых "Сорбция и экстракция: проблемы и перспективы" (г. Владивосток, 20-24 сентября 2010 г.); на ежегодной научной конференции-конкурсе ИОНХ РАН (г. Москва, 7-9 декабря 2010 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 1 статья в сборнике трудов конференции "Современные проблемы общей и неорганической химии", тезисы 10-ти докладов на Российских и международных научных конференциях.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, включает 45 рисунков, 25 таблиц. Список используемой литературы включает 260 наименований.
