Pages Navigation Menu
Submit scientific paper, scientific publications, International Research Journal | Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ЭЛ № ФС 77 - 80772, 16+

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.9.111.025

Download PDF ( ) Pages: 155-157 Issue: № 9 (111) Part 1 () Search in Google Scholar
Cite

Cite


Copy the reference manually or choose one of the links to import the data to Bibliography manager
Muradov M.M. et al. "DEVELOPMENT OF A METHOD FOR UTILIZATION OF WASTE GAS HYDROCHLORIC ACID AND HYDROGEN CHLORIDE". Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal (International Research Journal) № 9 (111) Part 1, (2021): 155. Tue. 28. Sep. 2021.
Muradov, M.M.et al., (2021). RAZRABOTKA METODA UTILIZACII ABGAZNOY SOLYANOY KISLOTY I HLORISTOGO VODORODA [DEVELOPMENT OF A METHOD FOR UTILIZATION OF WASTE GAS HYDROCHLORIC ACID AND HYDROGEN CHLORIDE]. Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal, № 9 (111) Part 1, 155-157. http://dx.doi.org/10.23670/IRJ.2021.9.111.025
Muradov M. M. DEVELOPMENT OF A METHOD FOR UTILIZATION OF WASTE GAS HYDROCHLORIC ACID AND HYDROGEN CHLORIDE / M. M. Muradov, G. S. Rustamova, K. S. Velieva и др. // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. — 2021. — № 9 (111) Part 1. — С. 155—157. doi: 10.23670/IRJ.2021.9.111.025

Import


DEVELOPMENT OF A METHOD FOR UTILIZATION OF WASTE GAS HYDROCHLORIC ACID AND HYDROGEN CHLORIDE

РАЗРАБОТКА МЕТОДА УТИЛИЗАЦИИ АБГАЗНОЙ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ И ХЛОРИСТОГО ВОДОРОДА

Научная статья

Мурадов М.М.1, *, Рустамова Г.С.2, Велиева К.С.3, Назарова М.К.4, Гатамов М.М.5, Агаев А.А.6

1–6 Сумгаитский Государственный Университет, Сумгаит, Азербайджанская Республика

* Корреспондирующий автор (mailoglu[at]mail.ru)

Аннотация

Представленная работа посвящена к непосредственному хлорированию ароматического ядра т.е. м-крезола в электрохимической системе (графитовый катод, анод ОРТА) в среде растворителе CCl4 с генерируемым хлором при электролизе абгазной соляной кислоты полученного в качестве побочного продукта в химической производстве. При проведении нами установлено оптимальный режим процесса хлорирования в электрохимической системе: концентрация HCl 15-30%, плотность тока 10-15 А/дм2, температура 60-700С, обеспечивающий выход по току 4-хлор 3-метил фенола и 4,6-дихлор 3-метил фенола соответственно 95%. Процесс хлорирования отвечает требованием «зеленной химии».

Ключевые слова: хлорирование, м-крезола, установка бездиафрагменного электролиза, абгазная соляная кислота, электроды, сила тока, выход продукта.

DEVELOPMENT OF A METHOD FOR UTILIZATION OF WASTE GAS HYDROCHLORIC ACID
AND HYDROGEN CHLORIDE

Research article

Muradov M.M.1, *, Rustamova G.S.2, Velieva K.S.3, Nazarova M.K.4, Gatamov M.M.5, Agaev A.A.6

1–6 Sumgait State University, Sumgait, Republic of Azerbaijan.

* Корреспондирующий автор (mailoglu[at]mail.ru)

Abstract

The current study discusses the direct chlorination of the aromatic core, i.e. m-cresol in an electrochemical system (graphite cathode, anode (ORTA)) in a CCl4 solvent medium with generated chlorine during the electrolysis of waste gas hydrochloric acid obtained as a by-product in chemical production. The authors of the study establish the optimal mode of the chlorination process in the electrochemical system: HCl concentration of 15-30%, the current density of 10-15 A /dm2, temperature of 60-700C providing the current output of 4-chloro 3-methyl phenol and 4,6-dichloro 3-methyl phenol, respectively, 95%.  The chlorination process meets the requirements of “green chemistry”.

Keywords: chlorination, m-cresol, non-plasma electrolysis unit, waste gas hydrochloric acid, electrodes, current strength, product yield.

В настоящее время галогенирование – одна из наиболее часто используемых реакций в органической химии, так как хлорпроизводные находят широкое применение в промышленности и в научно-исследовательской работе. Известно много прямых и косвенных способов введения галоида в органические вещества.

За последние два-три десятка лет, было создано много способов хлорирования хлорсодержащими соединениями и предложено немало интересных хлорирующих агентов. В качестве таковых были использованы многие органические и неорганические хлорсодержащие соединения. По характеру действия все хлорирующие агенты можно разделить на две обширные группы. В первой группе относятся хлоридные соединения элементов с переменной валентностью (SCl2, SbCl5, FeCl3 и др.), хлор ангидриды некоторых неорганических кислот (хлористый сульфурил, фосген и др). А во второй группе относятся гипохлоридные кислоты, их соли, эфиры, амиды и др [1], [2].

Анализ литературных данных показывают о том, что хлорирование свободными хлорами протекает слишком бурно, вплоть до полного разрушения хлорируемого вещества. Во многих случаях хлорирование свободными хлорами сразу приводит к образованию полихлорпроизводных. Исходя из этого хлорирующие агенты применяется как самостоятельно, так и в присутствии добавок (хлористого алюминия, перекисей и др.), облегчающих отдачу хлора.

Целесообразность применения того или иного метода зависит как от природы галогена, так и от природы субстрата. Органические галогениды могут быть получены взаимодействием субстрата с галогеном (электрофильное замещение, радикальное замещение, присоединение галогена по кратным связям), а так же с помощью реакции замены других функциональных групп на атом галогена или присоединения галогенводородов по кратным связям [3], [4], [5].

Интенсивно развивающаяся в последнее время электрохимия органических соединений привлекает все большое внимание исследователей и открывает новые перспективы для химической промышленности. Интерес к электрохимическому методу синтеза органических соединений обусловлен, прежде всего, тем, что электрохимические процессы обладают высокой селективностью, не требуют использования дорогих химических окислителей или восстановителей и в ряде случаев позволяют получать продукты высокой чистоты и качества [5], [6], [7]. Кроме того, протекание большинства реакций электрохимического синтеза органических соединений при обычных температурах и давлениях с использованием электролизеров простой конструкции значительно упрощает технологию всего процесса [8], [9]. Особенностью современного этапа развития хлорной промышленности является широкое применение металлических анодов. В настоящее время более половины хлора и каустической соды получают в электролизерах, оснащенных ОРТА. В связи с заменой графитовых анодов на ОРТА усиливается тенденция к повышению электродных плотностей тока.

Известно, что в ряде химических производств образуются в качестве побочных продуктов значительные количества соляной кислоты и хлористого водорода (заместительное хлорирование органических соединений, производство -металлического магния, фосфорной кислоты и фосфатов и т. д.). Естественно получения такого крупнотоннажного отхода как абгазной соляной кислоты и хлористого водорода не может быть ощущаться с точки зрения экологии, а так же без рационального использования или вообще выбросы на атмосферу такого отхода приводит колоссальному экономическому ущербы. Поэтому, поиск пути экологических решений этой проблемы является весьма актуален и в настоящее время многие исследователи уделяют большое внимание в этом направлений.

Целью предложенной работы является рационального использования полученного в качестве побочного продукта абгазной соляной кислоты и хлористого водорода в качестве хлорирующего агента ароматических углеводородов – м-крезола, в том числе бензола, толуола, этилбензола, кумола и др. Один из путей утилизации абгазной кислоты и хлористого водорода является ее электролиз в результате, которого образуются хлор и водород.

Известно что ароматические углеводороды в том числе м-крезол сравнительно легко вступают в реакции электрофильного замещения, типичным примером таких реакций является взаимодействие м-крезола со свободными галогенами, ведущее к замещению атомов водорода в ядре на галоген.

Нами в электрохимической системе было проведено хлорирование м-крезола, изучено влияние температуры на выход по току при хлорировании ароматического ядра, а так же осуществлено нахождение оптимальных условий процесса хлорирования. Реакция хлорирования осуществлялась электрохимическим способом в стеклянном цилиндрическом без диафрагменном электролизере, снабженным термостатом, источником питания постоянного тока, графитовыми и ОРТА электродами, обратным холодильником, мешалкой, термометром, разделительной воронкой и сосуд с раствором KJ. В качестве исходных реагентов использовали абгазной соляной кислоты, м-крезол, а в качестве растворителя использовали CCl4 .

Экспериментальная часть

В бездиафрагменную электролизную установку, выше описанной конструкции загружали 185 г 25 %-ной соляной кислоты, 24,5 г м-крезола г . В течение двух часов при температуре 60-70 0С пропускали постоянный ток силой 10 А. После завершения электролиза органическую часть отделяли от водного слоя, промывали водой, сушили над CaCl2 подвергали хроматографическому анализу. Хроматографический анализ органического слоя показал, что смесь содержит 18,7 г м-крезола (выход по току 70 %), 4,15 г 4-хлор 3-метил фенола (выход по току составляет 25 %) и 4,6-дихлор 3-метил фенола, оставшиеся 1,65 г идущего на получению полихлоридов. Суммарный выход по току составляет около 95 %.

Таким образом, установлено, что выход по току и селективность реакции хлорирования в ядре ароматических углеводородов зависит, в основном, от концентрации абгазной соляной кислоты, температуры электролита, плотности тока.

Из полученных экспериментальных данных вытекает следующие оптимальные условия хлорирования м-крезола в электрохимической системе при электролизе абгазной соляной кислоты:

  • Концентрация соляной кислоты, (%) 15-30
  • Плотность тока, (А/дм2) 10-15
  • Температура электролита, (0С) 60-70
  • Соотношение между количествами м-крезола,
  • загружаемого в электролизер, и
  • электрохимически образующегося хлора 1,1-1,0

Строение синтезированных монохлорпроизводных (4-хлор 3-метил фенола и 4,6-дихлор 3-метил фенола) были подтверждены ИК – и ЯМР – спектроскопией а также хроматографическом анализом.

Результаты и их обсуждение

В процесс хлорирования органических соединений, м-крезола свободным хлором, генерируемым электролизом абгазной соляной кислоты рассматривается как радикальное замещение, и оно включает в себя образование вначале на аноде атомарного хлора, взаимодействующего затем с соответствующим субстратом.

При проведении опытов нами установлено, что процесс электролиза протекает при плотности тока 10-15 А/дм2. А также наблюдено, что электролизу подвергаются концентрированные растворы соляной кислоты, близкие к концентрации HCl, соответствующей максимуму удельной электропроводимости.

Выводы

  1. Изучена реакция электрохимического хлорирования ядра м-крезола свободным хлором, генерируемым при электролизе соляной кислоты. Установлено, что при концентрации соляной кислоты 15-30%, при плотности тока 10-15% А/дм2 и при температуре 60-700С, выход хлорпроизводных м-крезола (4-хлор 3-метил фенола и 4,6-дихлор 3-метил фенола) составляет около 95 %. При этом основными продуктами являются монохлорпроизводные ароматических углеводородов.
  2. Установлено, что использование четыреххлористого углерода (CCl4) в качестве растворителя приводит к получению монохлорпроизводных
  3. Электрохимическое хлорирование ароматических углеводородов можно вести непрерывным путем в бездиафрагменном электролизере на графитовых и ОРТА электродах, используя 25 %-ную абгазную соляную кислоту.
  4. На основе осуществления процесса хлорирования м-крезола в электрохимической системе разработан рациональный, безотходный, экологически безопасный способ получения монохлорпроизводных с высоким выходом.
Конфликт интересов

Не указан.

Conflict of Interest

None declared.

Список литературы / References

  1. Ушаков И.П. Методы галогенирования в тонком органическим синтезе / И.П. Ушаков, А.А. Брачина, А.Ф. Миронов. Уч. пособие, Москва, 2005, с.35-38.
  2. Muradov M.M. Duru xlorid turşusunda C3 – C4 doymamış birləşmələrin və fenolların xlorlaşdırılması / M.M. Muradov // Elmi xəbərlər. Təbiət və texniki elmlər bölməsi. Cild 19. № 2. Sumqayıt 2019. səh. 14-25.
  3. Muradov M.M. Aromatik karbohidrogenlərin elektrokimyəvi sistemdə xlorlaşması / M.M. Muradov. Elmi xəbərlər. Təbiət və texniki elmlər bölməsi. Cild 20. № 2. Sumqayıt 2020. səh. 21-32.
  4. А.с. 650985 (СССР) Способ получения хлорбензола / Д.А.Ашуров, М.М.Гусейнов, М.С.Салахов, Т.М.Абдуллаева / опуб. в Б.И., 1978, № 24.
  5. Юзбеков Ю.А. Электрохимическое хлорирование органических соединений в растворах абгазной соляной кислоты / Ю.А. Юзбеков, Г.А. Тедорадзе, М.М. Атамов // конфер. «Органической и хлорорганической синтез», Сум-гаит, 1980, с.175.
  6. Фиошин М.Я. Промышленный электролиз органических соединений / М.Я. Фиошин, А.П. Томилов, М.: Наука, 1966. с.255-277.
  7. Мурадов М. М. Хлорирование п-крезола в электрохимической системе / М. М. Мурадов, М. М. Гатамов, Т. Р. Просочкина и др. // Башкирский химический журнал. 2020. Том 27. № 3, c.25-27ю
  8. Muradov M.M. Fenolun elektrokimyəvi üsulla xlorlaşması / M.M. Muradov, İ.H. Hüseynova, M.M. Hətəmov et al. // Elmi xəbərlər. Təbiət və texniki elmlər bölməsi. Cild 17. № 2. Sumqayıt 2017. səh. 26-28.
  9. Мурадов М.М. Электрохимическое хлорирование м-крезола в солянокислом растворе / М.М. Мурадов, И.Г. Гусейнова, М.М. Гатамов и др. // Colloquium-journal. Miedzynarodowe czasopismo naukowe. № 2(13) 2018, Czes¢c¢ 1. s.58-61.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Ushakov I. P. Metody galogenirovanija v tonkom organicheskim sinteze [Methods of halogenation in fine organic synthesis] / I. P. Ushakov, A. A. Brachina, A. F. Mironov, Moscow, 2005, pp. 35-38 [in Russian]
  2. Muradov M.M. Duru xlorid turşusunda C3 – C4 doymamış birləşmələrin və fenolların xlorlaşdırılması [Chlorination of C3 – C4 unsaturated compounds and phenols in Duro hydrochloric acid. Scientific news] / M.M. Muradov // Elmi xəbərlər. Təbiət və texniki elmlər bölməsi [Scientific news. Department of natural and technical sciences]. Volume 19. № 2. Sumgayit 2019. P. 14-25. [in Azerbaijanian]
  3. Muradov M.M. Aromatik karbohidrogenlərin elektrokimyəvi sistemdə xlorlaşması [Chlorination of aromatic hydrocarbons in the electrochemical system] / M.M. Muradov // Elmi xəbərlər. Təbiət və texniki elmlər bölməsi. [Scientific news. Department of natural and technical sciences]. Volume 20. № 2. Sumgayit 2020. P. 21-32 [in Azerbaijanian]
  4. A. S. 650985 (USSR) Sposob poluchenija khlorbenzola [A method for producing chlorobenzene] / D. A. Ashurov, M. M. Huseynov, M. S. Salakhov, T. M. Abdullayeva, 1978, No. 24 [in Russian]
  5. Yuzbekov Yu. A. Ehlektrokhimicheskoe khlorirovanie organicheskikh soedinenijj v rastvorakh abgaznojj soljanojj kisloty [Electrochemical chlorination of organic compounds in solutions of abgas hydrochloric acid] / Yu. A. Yuzbekov, G. A. Tedoradze, M. M. Atamov “Organic and organochlorine synthesis” conference , Sum-gait, 1980, p. 175 [in Russian]
  6. Fioshin M. Ya. Promyshlennyjj ehlektroliz organiches- kikh soedinenijj [Industrial electrolysis of organic compounds] / M. Ya. Fioshin, A. P. Tomilov, Moscow: Nauka, 1966. pp. 255-277 [in Russian]
  7. Muradov M. M. Khlorirovanie p-krezola v ehlektrokhimicheskojj sisteme [Chlorination of p-cresol in an electrochemical system] / M. M. Muradov, M. M. Gatamov, T. R. Prosochkina, A. A. Agaev. Bashkir Chemical Journal. 2020. Volume 27. No. 3, pp. 25-27 [in Russian]
  8. Muradov M.M. Fenolun elektrokimyəvi üsulla xlorlaşması [Electrochemical chlorination of phenol] / M.M. Muradov, İ.H. Hüseynova, M.M. Hətəmov et al. // Elmi xəbərlər. Təbiət və texniki elmlər bölməsi [Scientific news. Department of natural and technical sciences]. Volume 17. № 2. Sumgayit 2017. P. 26-28. [in Azerbaijanian]
  9. Muradov M. M. Ehlektrokhimicheskoe khlorirovanie m-krezola v soljanokislom rastvore [Electrochemical chlorination of m-cresol in hydrochloric acid solution] / M. M. Muradov, I. G. Guseynova, M. M. Gatamov, et al. // Colloquium-journal. Miedzynarodowe czasopismo naukowe. № 2(13) 2018, pp.58-61 [in Russian]

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.