Ключові слова
толуен
бензойна кислота
бензальдегід
бензиловий спирт
каталізатор
ультразвук
кавітація
Як цитувати
Анотація
Наведено результати дослідження закономірностей гомогенно-каталітичного окиснення толуену молекулярним киснем у присутності ацетату кобальту (ІІ) під дією ультразвуку. Встановлено, що на швидкість накопичення, склад продуктів реакції та значення граничної конверсії толуену впливають як температура, так і тиск у реакційній системі. Зокрема з підвищенням температури за постійного тиску співвідношення між швидкістю звукохімічної реакції та швидкістю окиснення толуену без ультразвуку збільшується як на початковій стадії процесу, так і за умови вищих значень конверсії вуглеводню. Водночас збільшення швидкості каталітичного окиснення толуену під дією ультразвуку виявлено лише за температури 430–438 К і тиску 0,4 МПа. За всіх інших умов швидкість звукохімічної реакції є меншою за швидкість окиснення толуену без ультразвуку. Виявлено екстремальну залежність швидкості реакції гомогенно-каталітичного окиснення толуену від тиску за постійної температури. Встановлено, що під дією ультразвуку з підвищенням тиску швидкість реакції зменшується тим суттєвіше, чим вищою є її температура і, загалом, є меншою за швидкість каталітичного окиснення толуену. Показано, що ультразвук впливає на значення концентрацій усіх продуктів реакції. Співвідношення між ними в звукохімічній реакції та в реакції окиснення за відсутності ультразвуку залежить від температури та тиску. Встановлено, що основні зміни кількісного складу продуктів окиснення під дією ультразвуку полягають у збільшенні/зменшенні концентрацій бензойної кислоти і бензилового спирту. Зменшення швидкості звукохімічного каталітичного окиснення толуену на початковій стадії реакції та одночасне її зростання за вищих значень конверсії вуглеводню, а також зміни в селективностях утворення продуктів реакції та вплив ультразвуку на граничну конверсію толуену вказують, що роль кавітації в процесі гомогенно-каталітичного окиснення алкілароматичних вуглеводнів пов’язана зі змінами закономірностей перетворень комплексів каталізатор–інтермедіат.
Посилання
Kesavan L., Tiruvalam R., Ab Rahim M. H., bin Saiman M. I., Enache D. I., Jenkins R. L., Dimitratos N., Lopez-Sanchez J. A., Taylor S. H., Knight D. W., Kiely C. J., Hutchings G. J. Solvent-Free Oxidation of Primary Carbon-Hydrogen Bonds in Toluene Using Au-Pd Alloy Nanoparticles. Science. 2011. 331(6014). 195-199.
Ding H. L., Zeng L. P. Highly Efficient Oxidation of Toluene to Benzoic Acid Catalyzed by N-Hydroxyphthalimide and Oxime in PEG-1000-based dicationic ionic liquid. Adv. Mater. Res.. 2013. 709. 74-79.
Zhou W., Sun C., Xu S., Hu B. Metallo-deuteroporphyrin as a novel catalyst for p-xylene oxidation using molecular oxygen. Inorg. Chim. Acta. 2012. 382. 167-170.
Li X., Yang L. Liquid-phase oxidation of toluene to benzoic acid over manganese oxide catalyst. Adv. Mater. Res.. 2013. 750-752. 1822-1825.
Nazimok V., Ovchinnikov V. and Potehin V.: Zhidkofaznoe Okislenie Alkilaromaticheskikh Uglevodorodov. Khimiya. Moscow. 1984. 240. [in Russian].
Hoorn, J. A. A., van Soolingen, J., Versteeg, G. F. Modelling toluene oxidation: Incorporation of mass transfer phenomena. Chem. Eng. Res. Des.. 2005. 83(2). 187-195.
Shevchuk L. I., Starchevskyi V. L. Kavitatsiia. Fizychni, khimichni, biolohichni ta tekhnolohichni аspekty: monohrafiia. Vydavnytstvo Lvivskoi politekhniky. Lviv. 2014. 376. [in Ukrainian].
Reutskyy V. V., Hrynchuk Yu. M., Olijnyk L. P. Improvement Of Homogeneous Catalytic Process of Oxidation of Alkylaromatic Compounds by Combination of Binary Catalytic Systems and Ultrasound Treatment. Chemistry, technology and application of substances. 2018. 1(1). 54-58.
Sukhatskiy Yu.V., Znak Z.O., Zin O.I. Cavitation and its Combinations with other Advanced Oxidation Processes in Phenol Wastewater Treatment: A Review. Vopr. Khim. Khim. Tekhnol. 2020. 4. 16-30.
Falyk T., Shevchuk L., Nykulyshyn I., Melnyk S. Research of the effects of various gases on cavitation-based removal of organic pollutants from distillery wastewater. East.-Eur. J. Enterp. Technol. 2017. 3/10(87). 56-62.
Fallah A., Kamran-Pirzaman A., Gholipour Zanjan N. The Sono-Physical Effect of Cavitation Bubbles on Homogeneous Catalyzed Biodiesel Production. Biomass Convers. Biorefin.,2021.
Boichenko S. V., Yakovlieva A. V., Tselishchev O. B., Lanetskyi V. H., Kudriavtsev S.O., Loriia M. H., Semeniuk A. A., Lejda Kazimierz. Modyfikatsiia avtomobilnykh benzyniv bioetanolom u kavitatsiinomu poli. Kataliz ta naftokhimiia. 2020. 30. 56-65. [in Ukrainian].
Li X., Xu J., Wang F., Gao J., Zhou L., Yang G. Direct Oxidation of Toluene to Benzoic Acid with Molecular Oxygen over Manganese Oxides. Catal. Lett. 2006. 108(3-4). 137-140.
Prokof'ev K. V., Kalinina L. D., Suvorov B. V., Kirichenko G. S. O reakcionnoj sposobnosti di- i trimetilbenzolov pri zhidkofaznom okisnenii molekulyarnym kislo rodom. Neftekhimiya. 1978. 18(4). 628-633. [in Russian].
Mokryj, E. N., Mel'nik S. R., Reutskij V. V. Okislenie metilbenzolov v pole ul'trazvukovyh voln. Teor. Eksp. Khim. 1998. 34(2). 26-129. [in Russian].