- •«Тверской государственный технический университет»
- •Дипломная работа на тему: «магнитные катализаторы для конверсии углеводов в сырьё для производства биологически активных веществ»
- •Тверской государственный технический университет
- •Задание на дипломную работу
- •Содержание
- •Введение
- •1 Общая часть
- •1.1 Методы получения наночастиц магнетита
- •1.1.1 Гидролиз смеси хлоридов железа(II) и (III) (метод Массарта)
- •1.1.2 Синтез в обратных мицеллах
- •1.1.3 Термолиз металлсодержащих соединений
- •1.2 Применение магнитных нанокомпозитов в качестве сорбентов
- •1.2.1 Магнитные нанокомпозиты на основе летучей золы
- •1.2.2 Магнитные нанокомпозиты на основе хитина (хитозана)
- •1.3 Применение магнитных нанокомпозитов в медицине
- •1.3.1 Композит магнетит-бентонит в адресной доставке лекарств
- •1.4 Магнитные нанокомпозиты в гетерогенном катализе
- •1.4.1 Магнитные нанокатализаторы в реакциях гидрирования
- •1.4.2 Магнитные нанокатализаторы в реакциях окисления
- •1.4.3 Магнитные нанокатализаторы в реакциях этерификации
- •1.4.4 Магнитные нанокатализаторы в гидролизе целлюлозы
- •2 Специальная часть
- •2.1 Материалы и оборудование
- •2.1.1 Материалы
- •2.1.2 Оборудование
- •2.2 Методики синтеза магнитных нанокомпозитов
- •2.2.1 Методика 1 (прекурсор – железа (III) нитрат)
- •2.2.2 Методика 2 (прекурсор – железа (III) хлорид)
- •2.2.3 Модификация магнитных нанокомпозитов рутением
- •2.3 Методики исследования нанокомпозитов в катализе
- •2.3.1 Гидрирование мальтозы до мальтита
- •2.3.2 Гидрогенолиз целлюлозы до гликолей
- •2.3.3 Гидролитическое гидрирование инулина до маннита
- •2.4 Результаты и обсуждение
- •2.4.1 Физико-химические исследования композитов на основе siralox
- •2.4.2 Физико-химические исследования композитов на основе спс
- •2.4.3 Исследования нанокомпозитов в гетерогенном катализе
- •3 Безопасность и экологичность
- •3.1 Общие требования техники безопасности при работе в химической лаборатории
- •3.2 Требования пожарной безопасности при работе в химических лабораториях
- •3.2.1 Противопожарные требования к помещениям и оборудованию химических лабораторий
- •3.2.2 Противопожарные требования к содержанию территории химической лаборатории
- •3.2.3 Общие требования пожарной безопасности при работе в химической лаборатории
- •3.3 Требования электробезопасности при работе в химической лаборатории
- •3.4 Характеристики веществ, используемых в работе
- •4 Организационно-экономическая часть
- •4.1 Расчет материальных затрат
- •4.2 Расходы на оплату труда
- •4.3 Отчисления в социальные фонды
- •4.4 Амортизационные отчисления
- •4.5 Прочие расходы
- •4.6 Смета затрат на проведение исследования
- •Заключение
- •Список использованных источников
4 Организационно-экономическая часть
В настоящее время в научной и промышленной областях всё большее внимание уделяется работам, направленным на разработку эффективных методов конверсии растительной биомассы в сырьё для химической и топливной промышленности. В качестве такого сырья наибольший интерес представляют диолы – этиленгликоль и пропиленгликоль (ЭГ и ПГ). Данные диолы являются важным сырьём, широко используемым в производстве лекарственных препаратов, жидкого топлива, эмульгаторов, ПАВ, антифризов, смазочных материалов и растворителей, а также для синтеза полиэфирных волокон и смол, например полиэтилентерефталата (ПЭТФ) и полиэтиленнафталата (ПЭНФ). ПГ также используется для синтеза молочной кислоты, которая широко применяется в производстве биоразлагаемых полимеров (полилактонов) [56-58].
Следует отметить, что в настоящее время поставки ПГ в России более чем на 99 % обеспечиваются импортом (основной поставщик – Германия).
Современное производство гликолей основано на использовании невозобновляемого нефтяного сырья и не отличается экологической чистотой. Вследствие этого большое внимание в научном мире уделяется разработке новых эффективных и экологически чистых способов получения ПГ и ЭГ из растительной биомассы, запасы которой возобновляемы и достаточно велики, чтобы полностью покрыть потребности современной химической и топливной промышленности в этих веществах [59, 60].
С этой точки зрения целлюлоза оценивается как один из наиболее перспективных видов возобновляемых ресурсов. Источниками целлюлозы могут служить специальные культуры растений (мискантус китайский, хлопчатник, лен и др.), отходы деревообрабатывающих предприятий, макулатура и т.д. Наличие в составе целлюлозы большого количества гидроксильных групп обусловливает оптимальный путь ее конверсии – в диолы [61].
По некоторым оценкам, примерно половина всего органического углерода на нашей планете содержится в составе целлюлозы. Ежегодно в природе синтезируется и расщепляется около 1011-1012 тонн целлюлозы [62].
Содержание целлюлозы в травянистых растениях составляет 30–40%, в древесине – 45-50%, в лубяных волокнах (лен, рами, кенаф, джут и др.) – 60-70%, а в хлопковых волокнах – свыше 90%. Целлюлоза уже давно привлекает внимание химиков и предпринимателей по причине своей распространенности и возобновляемости [63].
Наиболее «удобным» способом конверсии целлюлозы является процесс гидрогенолиза до образования диолов. Согласно результатам исследований [64-66], наиболее активными в процессе гидролитического гидрирования и гидрогенолиза целлюлозы являются Ru-содержащие гетерогенные каталитические системы. При этом вопрос оптимального носителя активной фазы для такого рода процессов, протекающих в гидротермальных условиях, пока открыт.
Новые возможности открывает использование в качестве носителей магнитноотделяемых катализаторов на основе магнитных наночастиц (МНЧ). МНЧ подвергаются функционализации и служат подложкой для формирования каталитических комплексов. Подобные МНЧ обладают уникальными каталитическими свойствами за счёт большой площади поверхности и, как следствие, увеличенного числа активных центров. За счёт лёгкого отделения от реакционной массы посредством внешнего магнитного поля катализаторы на основе МНЧ имеют важное преимущество [67].
Среди перечня доступных, обладающих отличными сорбционными и механическими свойствами материалов для синтеза магнитоотделяемых катализаторов, следует отметить цеолиты. В настоящее время имеется значительное количество работ по синтезу магнитных цеолитов. Методов синтеза таких материалов также предложено достаточно много.
В состав магнитных носителей в основном входят наночастицы металлов (Fe, Co, Ni), сплавов (FePt, CoPt), оксидов железа (FeO, Fe2O3, Fe3O4) или ферритов-шпинелей (MFe2O4). Среди них магнетит (Fe3O4) наиболее широко используется в катализе из-за его низкой стоимости и простоты приготовления [68].
Актуальность данной работы заключается в поиске экологически чистого и экономически обоснованного способа промышленного производства этилен- и пропиленгликоля из возобновляемого растительного сырья.
В экономической части дипломной работы приводится расчет сметы затрат на проведение данного исследования на базе лаборатории ТвГТУ. Смета затрат включает в себя: материальные затраты, расходы на оплату труда, отчисления в социальные фонды, амортизационные отчисления и прочие расходы. С помощью сметы можно определить тип емкости данного исследования и выявить источник наибольших затрат.