Дешевле, проще, эффективнее, а еще и отечественное

Дешевле, проще, эффективнее, а еще и отечественное

Разработан новый подход к разделению азеотропных и близкокипящих смесей

Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН разработали новый способ ректификационного разделения нераздельнокипящих (азеотропных) и близкокипящих систем. Решение основано на применении в качестве специальных добавок протонных ионных жидкостей, что позволяет эффективно разделять сложные системы на чистые компоненты.

Процессы ректификации являются одними из наиболее высокопроизводительных и в то же время энергоемких методов разделения веществ в органических и нефтехимических производствах. Создание современной, экологически и экономически целесообразной технологии получения химических продуктов (например, фторорганических соединений для медицины и специальных растворителей для микроэлектроники) является весьма актуальной задачей для химиков-технологов. Особую сложность представляет задача разделения компонентов с близкими температурами кипения, что связано с усложнением и удорожанием технологического процесса и оборудования.

Ученые из ИОНХ РАН разработали новый способ интенсификации процессов ректификационного разделения азеотропных и близкокипящих смесей. Работу прокомментировал научный сотрудник лаборатории теоретических основ химической технологии ИОНХ РАН, кандидат химических наук Андрей Полковниченко: «Ионные жидкости представляют собой обширный класс веществ с различными вариантами сочетания катионов и анионов, что позволяет управлять их физико-химическими свойствами, решая конкретную технологическую задачу. Здесь хотелось бы отметить, что проблема, на решение которой направлена наша научная работа, связана с выделением фторорганических соединений из промышленных смесей, в частности с выделением фторированных эфиров. Последние являются низкомолекулярными субстратами в производстве фармацевтической и агрохимической продукции, используются в качестве специальных растворителей в электронике и при синтезе полимеров, применяются в электрохимических элементах (например, как присадка к электролитам, ингибирующая рост дендритов), входят в состав смазочных материалов, а также широко распространены в процессах сверхкритической экстракции.

Фото: Андрей Полковниченко

На примере промышленной системы фторированная кислота—фторированный эфир нами была предложена идея использовать ионные жидкости в качестве разделяющих агентов, где один из ее компонентов также входит в состав разделяемой смеси.

Новый подход позволит существенно снизить себестоимость конечного продукта за счет увеличения таких показателей процесса, как выход и конверсия; перейти от крупногабаритного оборудования к более простым аппаратам, что весьма перспективно для микро- и малотоннажной химии. По своей сути полученные данные являются основой промышленного комплекса и первым этапом предпроектной разработки как отдельных аппаратов, так и технологических схем в целом. Если говорить более глобально, работа направлена на разработку собственного отечественного производственного сырьевого базиса и укрепление технологического суверенитета России».

Представленный способ ректификационного разделения в присутствии протонных ионных жидкостей оказался весьма эффективным и показал очевидный практический потенциал. В дальнейшем авторы планируют продолжать исследование фундаментальных физико-химических явлений, лежащих в основе процесса ректификации смесей в присутствии протонных ионных жидкостей, в рамках решения весьма актуальной в настоящее время задачи производства низкомолекулярных фторорганических субстратов, входящих в состав фармацевтических аэрозольных композиций и используемых при получении радиационно-чувствительных смол (гептафторбутилацетат), компонентов батарейных модулей, прекурсоров управляемых радикальных инициаторов и фторполимерных композиций с триазиновой группой (эфиры трифторуксусной кислоты), а также других объектов основного химического производства.

Источник: Andrei V. Polkovnichenko, Egor V. Lupachev, Sergei Ya. Kvashnin, Nikolai N. Kulov, Andrey A. Voshkin «Methylpyrrolidonium Trifluoroacetate Protic Ionic Liquid: Distillation Boundary in the Ethyl Trifluoroacetate — Trifluoroacetic Acid — n-methyl-2-pyrrolidone System» // J. Chem. Eng. Data. 2023.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания ИОНХ РАН.
Подготовлено при поддержке Минобрнауки.