Анотація до роботи:

Фролова І.Б. Розділення антрацен-карбазольних фракцій кам’яно-вугільної смоли в умовах трансфазного каталізу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.13 - нафтохімія і вуглехімія. Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України. Донецьк, 2004.

Дисертація присвячена розробці наукових основ нового методу розділення антрацен-карбазольної суміші в умовах трансфазного каталізу і створенню комплексної схеми одержання індивідуальних карбазолу, антрацену та фенантрену з антраценових фракціий кам’яновугільної смоли.

Вивчено макрокінетику ключової стадії процессу – отримання карбазоляту калію, як в умовах трансфазного каталізу, так і в його відсутності, щодо системи рідина/тверда фаза. Запропоновано математичну модель цього процесу, що надає змогу прогнозувати умови проведення реакції. Запропоновано спосіб визначення ефективності каталізаторів трансфазного каталізу та виміряно сталу трансфазного переносу для ряду краун-етерів, що сприяє вибору каталізатора.

Встановлено, що стала швидкості прямої реакції зростає у 7 разів, якщо концентрація 18-краун-6-етеру становить 7,5 10^-3 моль/дм³

Таким чином, одержання карбазоляту калію в умовах трансфазного каталізу призводить до чіткого та повного розділення антрацен-карбазольної фракції. Реакцію взаємодії карбазолу з гідроксидом калію здійснювали при майже еквімолярних співвідносинах реагенту та субстрату в умовах азеотропного відділення води. При цьому вдалось запобігти надмірно великих витрат гідроксиду калію, а також уникнути складної техніки каліплавлення зі значними енерговитратами. Процес не потребує спеціальних умов, високих температур, важкодоступних розчинників. Чистота одержаних карбазолу і антрацену відразу становить 98,5 % и 99% відповідно.

Доведено, що використання тетрахлорметану як селективного розчинника призводить до повного відділення фенантрену від пари антрацен – карбазол.

На підставі одержаних результатів запропоновано комплексну схему розділення антраценових фракцій кам’яновугільної смоли і одержання індивідуальних карбазолу, антрацену і фенантрену.

1. Запропоновано новий підхід до рішення задачі розділення і виділення ряду індивідуальних компонентів кам'яновугільної смоли, що полягає в застосуванні методу трансфазного каталізу. Це перший приклад впровадження трансфазного каталізу до розділення антраценовмісних фракцій. Завдяки цьому досягнуто повного і чіткого розділення антрацен-карбазольної суміші в умовах азеотропного видалення води та еквімолярної кількості лугу. В поєднанні ця сукупність заходів використана вперше.

2. На підставі отриманих даних макрокінетики процесу утворення карбазоляту калію розроблено математичну модель, встановлено тотожність механізмів вказаного процессу в системі рідина/тверда фаза, як в умовах трансфазного каталізу, так і в його відсутності, знайдені макрокінетичні коефіцієнти.

3. Запропоновано метод оцінки каталітичної активності каталізаторів трансфазного переносу в гетерогенних системах за участю гідроксидів лужних металів через константу і коефіцієнт переносу. Одержано кількісні характеристики трансфазного переносу гідроксиду калію в толуол за допомогою краун-етерів, які дозволяють оптимізувати вибір каталізатора.

4. Розроблено новий спосіб виділення карбазолу, антрацену і фенантрену з фракції сирого антрацену, який характеризується простотою технологічного оформлення. Економічна доцільність розробленого методу полягає в його комплексності – усі три компоненти добуваються в одному технологічному процесі, ступінь чистоти антрацену і карбазолу без додаткового очищення становить відповідно 98,5% і 99%, а вихід від вмісту у сировині – 90-95%; спосіб може бути застосовано до сировини з будь-яким співвідношенням компонентів, що не потребує жорстких умов при доборі антраценової фракції.

5. Виміряно розчинність антрацену, карбазолу і фенантрену в тетрахлорметані. Встановлено, що застосування саме тетрахлорметану, як селективного розчинника, приводить до максимально повного витягу фенантрену з фракції при невисоких температурах в умовах низької пожежонебезпеки через негорючість розчинника.

6. Розроблено лабораторні методики одержання індивідуальних антрацену, карбазолу і фенантрену з фракції сирого антрацену, які можуть бути застосовані як самостійні для виділення окремих компонентів, так і в сукупності для переробки антраценовмісної сировини.

Cписок опублікованих праць здобувача

1. Качурин О.И., Охрименко З.А., Фролова И.Б. Выделение фенантрена из сырого антрацена // Кокс и химия. – 1987. – № 4. – С. 32.

2. Качурин О.И., Охрименко З.А., Фролова И.Б. Выделение индивидуальных соединений из антраценовых фракций коксохимических производств // Сб. научн. трудов АН УССР “Пути переработки углей Украины”/ Институт физико-органической химии и углехимии АН Украины. – Киев: Наукова Думка. – 1988. – С. 116-125.

3. Качурин О.И., Фролова И.Б., Охрименко З.А. Межфазный перенос гидроксида калия в толуол в присутствии краун-эфиров // Укр. хим. журн. – 1989. – Т. 55, № 7. – С. 749-752.

4. Фролова И.Б., Качурин О.И., Охрименко З.А. Применение межфазного катализа в коксохимии // Сб. научн. трудов АН Украины "Проблемы катализа в углехимии" / Институт физико-органической химии и углехимии АН Украины. – Киев: Наукова думка. – 1992. – С. 248-253.

5. Фролова И.Б., Охрименко З.А., Качурин О.И. Макрокинетика некатализируемого гетерофазного процесса образования карбазолята калия // Журн. прикладной химии – 1998. – Т. 71, Вып. 9. – С. 1478-1482.

6. Фролова И.Б., Качурин О.И. Кинетика гетерофазного процесса образования карбазолята калия, катализируемого 18-краун-6-эфиром // Журн. прикладной химии – 2001. – Т. 74, Вып. 1. – С. 71-73.

7. Способ разделения антрацен-карбазольной смеси: А.с. 1565833 СССР, МКИ⁴ С 07 С 15/28 / О.И. Качурин, З.А. Охрименко, И.Б. Фролова, Л.И. Костенко, Ю.А. Васильев и А.Ф. Попов (СССР). – № 3749881/23-04; Заявлено 04.06.84; Опубл. 23.05.90, Бюл. № 19. – 4с.

8. Пат. 50409 А Україна, МПК 7 С 07 С 15/27, С 07 С 15/28. Спосіб розділення антрацен-карбазольної суміші: МПК 7 С 07 С 15/27, С 07 С 15/28. / Фролова І.Б., Качурін О.І., Попов А.Ф. – № 2002010107; Заявл. 03.01.02; Опубл. 15.10.02, Бюл. № 10. – 2 с.

9. Способ выделения индола из коксохимического сырья: А.с. 1524445 СССР, МКИ⁴ С 07 D 209/06 / О.И. Качурин, З.А. Охрименко, И.Б. Фролова (СССР). – № 4285468/31-04; Заявлено 15.07.87; Опубл. 27.11.03; Бюл. “Изобретения. Полезные модели”. – № 33.

10. Качурин О.И., Охрименко З.А., Фролова И.Б. Получение высокопроцентного фенантрена из фракции сырого антрацена // Тезисы докладов I республиканской конференции "Перспективы использования угля и продуктов его переработки в народном хозяйстве." – Киев: УкрНИИНТИ. – 1985. – Вып. 1 – С. 9.

11. Охрименко З.А. Качурин О.И. Фролова И.Б. Комплексное выделение полиядерных углеводородов и гетероциклических оснований из коксохимического сырья. // Тезисы докладов Всесоюзной научно-практической конференции "Создание высокоэффективных процессов переработки и использования твердых горючих ископаемых, получение альтернативных моторных топлив и нефтехимических продуктов из угля". – Донецьк.- 1989.- С. 89.

12. Фролова И.Б., Качурин О.И., Охрименко З.А. Применение межфазного катализа в коксохимии // Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума "Проблемы катализа в углехимии". – Донецк. – 1990. – С. 86.

13. Фролова И.Б., Охрименко З.А., Качурин О.И. Новые технологии разделения коксохимической триады антрацен-фенантрен-карбазол // Сборник трудов международной научной конференции "Химия и природосберегающие технологии использования угля". – М.: Изд-во МГУ. – 1999. – С. 58-59.

14. Саранчук В.І., Власов Г.О., Чуїщев В.И., Качурін О.І., Фролова І.Б. Одержання чистих речовин з кам’яновугільної смоли // Тези доповідей ХІХ Української конференції з органічної хімії. – Львів: Львівська політехніка –2001 р. – С.104.