Зважаючи на низьку ефективність відомих каталізаторів альдольної конденсації оцтової кислоти з формальдегідом, актуальними є дослідження, спрямовані на створення нових або вдосконалення існуючих каталізаторів даного процесу. Створення активних та селективних каталізаторів конденсації сприятиме промисловому впровадженню виробництва АК, методом альдольної конденсації.
Відомо, що каталізатори кислотного типу хоч і забезпечують задовільну конверсію вихідних реагентів, проте їх використання супроводжується утворенням значної кількості побічних продуктів. Для вирішення цієї задачі досліджувалися процеси з використанням носіїв різної природи.
У роботі досліджено каталітичні системи складу B–P–W–V–Oх нанесені на носії різної природи у процесі одержання акрилової кислоти альдольною конденсацією оцтової кислоти з формальдегідом в газовій фазі. Для проведення досліджень використовували: мезопористі носії: SiO2, SiO2 ГТО 150 °C 3 год, Al2O3 МХО H2O 300 об/хв, TiO2 анатаз з TiO(OH)2 МХО H2O 300 об/хв та Sn(OH)4 - TiO2 МХО 600 об/хв. Атомне співвідношення компонентів в каталізаторі B:P:V:W становить 3:1:0,18:0,12. Каталітичну активність розробленого каталізатора досліджували у проточному реакторі зі стаціонарним шаром каталізатора сталої маси, розташованим на фіксованій сітці. Склад продуктів реакції визначали хроматографічним методом.
На одержаних каталітичних системах досліджено вплив температури на активність та селективність каталізатора у процесі альдольної конденсації оцтової кислоти з формальдегідом в акрилову кислоту. Встановлено, що найбільш ефективною у процесі одержання акрилової кислоти є каталітична система B–P–V–W–Oх/TiO2 анатаз з TiO(OH)2 МХО H2O 300 об/хв. Оптимальними умовами здійснення даного процесу є температура 375 °С. В цих умовах на оптимальному каталізаторі B–P–V–W–Oх/TiO2 анатаз конверсія оцтової кислоти становить 63,8 %, селективність утворення АК 92 %, а вихід акрилової кислоти – 58,8 %.
Показано, що значна різниця в каталітичних властивостях B–P–V–W–Oх каталізаторів, нанесених на різні носії дозволяє зробити висновок, що природа носія має значний вплив на каталітичні властивості каталізаторів одержання акрилової кислоти альдольною конденсацією оцтової кислоти з формальдегідом.
1. Felice, K. M., Emerson, A. W. (2015). Clear coatings acrylic coatings. U. S. Patent No 8940401.
2. Shpyrka, I. I., Nebesnyi, R. V., Pikh, Z. G., Sydorchuk, V. V., Khalameida, S. V., Tsymbalista, O. V., Khoma. K. R. (2018). Acrylic acid obtaining by aldol condensation of acetic acid with formaldehyde in the presence of B-P-W-V-OX catalysts on mesoporous carrier. Scientific Bulletin of UNFU, 28(6), 89-92.
https://doi.org/10.15421/40280617
3. Nagaki D., Pan T., Peterson G. J., Bowden E., Chapman J. T., Muiller S. (2013). Catalyst for producing acrylic acid and acrylates. Patent No 20130245312.
4. Jin G., Weng W., Lin Z., Dummer N. F., Taylor S. H., Kiely C. J., Bartley J. K., Hutchings G. J. (2012). Fe2(MoO4)3/MoO3 nano-structured catalysts for the oxidation of methanol to formaldehyde. Journal of Catalysis,. 296, 55-64.
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2012.09.001
5. Brueggemann, T. C., Woerz, N. T., Ruppel A. (2016). Process for preparing acrylic acid from formaldehyde and acetic acid. U. S. Patent No 9771314.
6. Schneider, R. A. (1979). Synthesis of acrylic acids and its esters. U. S. Patent No 4165438.
7. Bailey O. H., Montag R. A., Yoo J. S. Methacrylic acid synthesis: I. Condensation of propionic acid with formaldehyde over alkali metal cation on silica catalysts. Applied Catalysis A: General. 1992. Vol. 88, Issue 2. P. 163-177.
https://doi.org/10.1016/0926-860X(92)80213-V
8. Yoo J. S. Silica supported metal-doped cesium ion catalyst for methacrylic acid synthesis via condensation of propionic acid with formaldehyde. Applied Catalysis A: General. 1993. Vol. 102, Issue 2. P. 215-232.
https://doi.org/10.1016/0926-860X(93)80230-N
9. Patent 4677225 US. Process for the production of acrylic acid or methacrylic acid / Hiroshi Niizuma, Toshiro Miki, Shiro Kojima and others; assignee: Toagosei Chemical Industry Co., Ltd. (Tokyo, JP). - No. 736621; filing date: 21.05.1985; publication date: 30.06.1987.
10. Ai M., Fujihashi H., Hosoi S., Yoshida A (2003). Production of methacrylic acid by vapor-phase aldol condensation of propionic acid with formaldehyde over silica-supported metal phosphate catalysts. Applied Catalysis A: General, 252(1), 185-191.
https://doi.org/10.1016/S0926-860X(03)00449-6
11. Nebesnyi, R., Ivasiv, V., Dmytruk, Y., Lapychak, N. (2013). Acrylic acid obtaining by acetic acid catalytic condensation with formaldehyde. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6/6(66), 40-42.
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.19130
12. Небесний, Р. В., Піх, З. Г., Івасів, В. В., Сидорчук, В. В., Шпирка, І. І., Лапичак, Н. І. (2016). Підвищення ефективності B2O3-P2O5-WO3-V2O5/SiO2 каталізатора процесу альдольної конденсації оцтової кислоти з формальдегідом шляхом гідротермальної обробки носія. Вісник Національного університету "Львівська політехніка". Хімія, технологія речовин та їх застосування, 84, 113-118.
13. Skubiszewska-Zieba, J., Khalameida, S., Sydorchuk. V. (2016). Comparison of surface properties of silica xero- and hydrogels hydrothermally modified using mechanochemical, microwave and classical methods. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 504, 139-153.
https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.05.066