- •1. Перспективність біомаси як сировини для виробництва біопалива та хімікатів.
- •2.Загальна характеристика біомаси. Фактори, що впливають на виробництво біомаси.
- •3. Хімічний склад біомаси, енергетична сировина (первинна, вторинна, енергетичні рослини, деревина, солома, гній тощо)
- •4.Стан та перспективи розвитку біоенергетики в світі та Україні
- •5.Загальна характеристика біопалива
- •6.Тверде біопаливо, методи переробки (брикети, спалюваня, піроліз, газифікація). Впли в умов процесу на одержання енергії, обладнання. Переваги і недоліки методів. Реакції.
- •7. Рідке біопаливо. Рослинні олії. Одержання біоетанолу, біометанолу, біодизелю.
- •8.Газоподібне біопаливо. Біогаз. Стадії метаногенезу, механізм метаногенезу, ферменти та мікроорганізми. Метантенки, умови перебігу реакцій.
- •9. Теоретичні основи екстрагування. Кінетика екстрагування. Обладнання.
- •10. Дифузія, масопередача з клітин, коефіціент масопередачі.
- •11. Вибір екстрагента
- •12. Мацерація, перколяція, настоянки, ефірні масла та методи їх одержання, обладнання.
- •13. Препарати гормонів, ферментів з рослинної та тваринної сировини.
- •14. Базові хімікати з рослинної сировини. Методи одержання.
- •16.Гідроліз. Усі види та умови, одержання продуктів в залежності від умов проведення гідролізу
- •17. Левоглюкозани та продукти їх переробки. Умови одержання.
- •18. Одержання алканів. Умови одержання.
- •19. Одержання фурфуролут і ксило3и. Умови одержання.
- •20.Одержання левулінової кислоти та продуктів її переробки. Умови одержання.
- •21. Фурандикарбонові кислоти та продукти їх переробки. Умови одержаня.
- •22. Процеси гідрування біромаси. Умови проведення процесу та продукти, зщо одержують.
- •23. Окиснення цукрів. Продукти, що утворюються, умови процесів.
- •24. Ферментативні технології переробки біомаси. Мікроорганізми.
- •27. Молочна кислота та продукти її переробки. Умови процесівв. Мікроорганізми.
- •28. Янтарна кислдота та її похідні. Умови процесів та мікроорганізми
- •29. Аспарагінова та глютамінова кислота та її похідні. Умови процесів та мікроорганізми.
- •30.Ферментативна переробка гліцерину. Мікроорганізми, продукти.
- •31. Хімічна переробка гліцерину.
- •34. Переробка лігніну Переробка лігніну
- •35. Одержання біополімерів. Умови процесів. Продукти.
18. Одержання алканів. Умови одержання.
Сучасний арсенал органічної хімії дає змогу ввести полісахариди в різноманітні реакції з метою отримання бажаних кінцевих продуктів. Наприклад, дослідники з університету штату Вісконсин (США) продемонстрували можливість одержання алканів з числом атомів вуглецю С7-С13 з вуглеводів дегідратацією за наявності кислотних каталізаторів і наступною альдольною конденсацією надтвердим лужним каталізатором. Синтезовані кисеньвмісні органічні молекули далі можна перетворити до алканів реакціями дегідратації - гідрування над біфункціональним каталізатором у водному розчині. За розрахунками авторів [18], синтезовані у такий спосіб вуглеводні містять 90 % енергії вихідних вуглеводів і використаного водню. Водень для такого процесу можна отримати риформінгом сорбіту у водній фазі [19].
Риформінг (англ, reforming, от reform-переробляти, покращувати), переробка бензинових і лігроїнових фракцій нафти для одержання автомобільних бензинів, ароматич. вуглеводнів (бензола і його гомологів) і воденьвміщуючого газа. Различают риформінг термічний і під тиском Н2 в присутності каталізатора. Основні реакції: дегідрогенізація і дегідроізомеризація нафтенових вуглеводнів, деалкілувание і конденсація ароматичних вуглеводнів.
Автори вважають, що утворення гідрофобних алканів з вуглеводів у водному середовищі забезпечить легке їх вилучення з реакційної маси й істотно зменшить витрати енергії порівняно з ректифікацією спирту у випадку одержання його з цукрів:
С6О6Н14 + 6 Н2 → С 6Н14+ 6 Н2О
С6О6Н14 + 6 Н2О → 6 СО2 + 13 Н2
19/13 С6О6Н14 → С6Н14 + 36/13 СО2 + 42/13 Н2О
19. Одержання фурфуролут і ксило3и. Умови одержання.
Оскільки листяні породи дерев характеризуються підвищеним вмістом геміцелюлоз і їх промисловий гідролізат можуть містити до 45% пентоз від загальної кількості цукрів, на їх основі організовано отримання фурфуролу і ксилози. Фурфурол утворюється з пентозанів і поліуронідів, вміст яких в деяких видах листяної деревини (наприклад, берези) може складати до 30%.
Ксилоза або деревний цукор — моносахарид-альдопентоза, що містить п'ять атомів вуглецю та альдегідну функціональну групу. Хімічна формула ксилози C5H10O5. Ксилоза міститься в ембріонах більшості рослин.
Перетворення пентозанів на фурфурол включає стадії гідролізу пентозанів до пентоз і дегідратації пентоз до фурфуролу:
(С5Н8О4)n +n Н2О → n С5Н10О5
n С5Н10О5 3Н2О С5Н4О2
ФУРФУРОЛ (фурфураль, 2-фуранкарбальдегид), По хим. св-вам фурфурол- ароматич. альдегид. В присут. солей синильной к-ты вступает в бензоиновую конденсацию, образуя фуроин (ф-ла I), к-рый при окислении превращается в фурил (II); последний при нагр. с едкими щелочами перегруппировывается в фуриловую к-ту (III):
Нагревание с р-рами щелочей приводит по р-ции Канниццаро к смеси фурфурилового спирта и пирослизевой к-ты (V):
Фурфурол легко конденсируется с соед., имеющими активные метильные или метиленовые группы по р-ции Перкина; так, нагревание с диацетамидом и ацетатом Na при 180 0C дает смесь амида 3-(2-фурил)акриловой к-ты и пирослизевой к-ты. Конденсация фурфурола с фурфуриловым спиртом и др. спиртами, а также с фенолами, кетонами и альдегидами приводит к фурановым смолам.
Электроф. замещение фурфурола идет в положение 5. При хлорировании в присут. бензоилпероксида и нитровании дымящей HNO3 фурфурол превращается соотв. в 5-хлор- и 5-нитропроизвод-ные; взаимод. с HgCl2 приводит к 5-меркурхлориду фурфурола. При действии NH3 в присут. CH3OH (150-250 С, 20,8 МПа, кат. Со) фурфурол превращается в пиперидин.
При действии на фурфурол первичных ариламинов в кислой среде происходит раскрытие цикла с образованием соли VI, к-рая под влиянием к-ты циклизуется в пиридиниевую соль VII, а при действии оснований - в замещенный циклопентенон VIII; последний м. б. получен непосредственно при взаимод. фурфурола с ариламином в отсутствие к-ты:
Одна из особенностей фурфурола- автоокисление с образованием муравьиной и 2-формилакриловой к-т. Окисление фурфурола в разл. условиях приводит к расщеплению цикла фурфурола с образованием смеси малеиновой к-ты и малеинового ангидрида (200-400 0C, кат. V2O5), пирослизевой к-ты (50 0C, кат. Ag2O, щелочная среда), смеси 3-гидроксипирослизевой к-ты и 3-гидроксифурфурола (H2O2, 40 0C), фумаровой к-ты (нагревание с NaClO3, кат. V2O5). При гидрировании на CuO/Cr2O3 (5-10 МПа, 200-250 0C) фурфурол превращается в сильван (2-метилфуран), при 150-170 °С-в фурфуриловый спирт, дальнейшее гидрирова-ние к-рого над Ni-Ренея при 230-250 0C и 5-10 МПа ведет к тетрагидрофурфуриловому спирту. В присут. Zn(CrO2)2 фурфурол декарбонилируется в фуран.
Фурфурол получают гидролизом растит. пентозансодержащего сырья (кукурузные початки, овсяная и рисовая шелуха, хлопковые коробочки и др.) разбавленными минер. к-тами с непрерывной отгонкой продукта с паром.
Фурфурол- сырье для синтеза фурана, сильвана, фурфурилового спирта, ТГФ, фурановых смол, лек. средств (напр., фурацилина) и пестицидов, экстрагент при очистке нефти и растит, масел от углеводородов.
Т.всп. 64 0C, т.самовоспл. 290 0C, КПВ 2,1-19%. Фурфурол-нервный яд, обладает раздражающим действием; ЛД50 126 мг/кг (крысы, перорально); ПДК в атм. воздухе 0,05 мг/м3, в воде водоемов 1 мг/л.
Фурфурол застосовується в нафтопереробці для екстракційного очищення масляних фракцій від домішок олефінів і ароматичних сполук, для розподілу фракцій рослинних жирів - тригліцеридів, а також для виділення бутадієну з бутанових фракцій. Взаємодією фурфуролу з фенолом отримують фенолфурфурольні смоли. Традиційним і основним напрямом переробки фурфуролу є його гідрування у фурфуриловий спирт і синтез з нього різних термостійких смол. Фурфуриловий спирт, як і фурфурол, застосовується як змочувач абразивних порошків при виробництві абразивних кругів. Тетрагідрофурфуриловий спирт застосовують для виробництва пластифікаторів типу тетрагідрофурфурилолеата, а також як розчинник ефірів целюлози і інших полімерів.
Декарбонилювання фурфуролу з наступним гідруванням дає тетрагідрофуран – добре відомий розчинник. Подальші процеси переробки дозволяють отримувати через сільван (метилфуран) ацетопропіловий спирт, що використовується для синтезу вітаміну B1. Гідроліз тетрагідрофурану дає 1,4-бутандіол - сировина для синтезу сучасних поілимерів типу лайкри і спандекса (поліуритани). З 1,4-бутандіола можуть бути отримані такі і мономери як адіпонітрил (C6H8N2/CN(CH2)4CN) і гексаметилендіамін. Складні ефіри фуран-2-карбоновой кислоти застосовують як ароматизатори із запахом карамелі, зелені, грибів.
Жорсткий гідроліз вуглеводів веде до продуктів деградації цукрів біомаси з утворенням фурфуролу з 5-вуглецевих і гідроксиметилфурфуралю з 6-вуглецевих цукрів. Для таких перетворень, як правило, використовують відходи переробки зернових культур та соняшнику, і таке виробництво витримало навіть "нафтохімічний" тиск. Фурфурол застосовували для виробництва пластмас, фурилового спирту, фурану і тетрагідрофурану, у певний час з нього навіть виробляли нітрил адипінової кислоти для нейлону: - можна викинути
1- тетрагідро 2- фуранкарбангідрид), 2 - тетрагідрогідроксіметилфурфураль
Гідроксиметилфурфураль, який отримують з біомаси деревини, целюлози та крохмалю, далі можна гідролізувати до левулінової кислоти - цінного представника 6-вуглецевих блоків. По-перше, з неї одержують γ-валеролактон, який є вихідним продуктом для полімерів і розчинників (піролідинони), пo-дpyге - пeнтaдiол для виробництва поліефірних пластиків, метилтетрагідрофуран - корисний розчинник і рідке паливо (дизель) або киснева добавка до палива. Вона може бути використана для виробництва полімерних матеріалів, подібних до акрилатів і полікарбонатів, з неї можна отримувати янтарну кислоту, лактони та діоли (як мономери для полімерів) тощо.