CC BY
200
ГРНТИ 61.71.29
Елубай Мадениет Азаматулы
к.х.н, доцент, заведующий кафедрой
«Химии и химических технологий»,
факультет химических технологий и естествознания,
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова,
г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан
е-mail: madik_chimik@mail.ru
Аблай Казбек Аблаевич
магистрант, Факультет химических технологий и естествознания, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан е-mail: kazbek529@gmail.com
СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПАВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Проведён литературный обзор современных способов получения ПАВ из растительного сырья. Сырье для производства ПАВ делится на два основных типа: природное (олеохимическое) и нефтехимическое. Преимущества природного сырья заключаются, прежде всего, в том, что оно является возобновляемым ресурсом и гораздо более экологически безопасным.
Ключевые слова: ПАВ, природный, производство, сырье, нефтехимия, спирт.
ВВЕДЕНИЕ
Природные поверхностно-активные вещества (ПAВ) являются не только началом (как, например, в моющих средствах и пенообразующих состaвах, но и почти обязательно входит в состав большинства современных технологических процессов и препаратов. Химические соединения, входящие в состав ПАВ, достаточно устоялся и мало изменился за последние столетия. Однако сырьевая база ПАВ подвержена изменениям. Начало третьего тысячелетия проходит под знаком нескольких тенденций, каждая из которых сильно сказывается на структуре производства и потребления ПЛВ. Причина тому является концепция устойчивого развития, декларированная ООН около 10 лет тому назад. Она предполагает предпочтительное развитие экологических продуктов, которые в основном используют воспроизводимые ресурсы, и сокращают темпы потребления энергетических и сырьевых источников [1].
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ В последнее время наблюдается тенденция к использованию природных поверхностно-активных веществ. Термин «природное ПАВ» служит указанием на природный источник вещества. Все природные ПАВ производятся в процессе органического синтеза, причём часто в очень жёстких условиях, когда неминуемо образуются побочные продукты. Например, моноглицериды широко распространены в природе, но ПЛВ, поступающие на рынок, как моноглицериды,
получают в процессе промышленного гидролиза триглицеридных масел при температурах 200 °С. Это приводит к образованию побочных продуктов - ди- и трипроизводных глицерина. Алкилглюкозиды чрезвычайно распространены в живых организмах, но ПАВ этого класса, часто называемые АПГ, получают с помощью многостадийных химических процессов, и их, без сомнения, нельзя считать природными [1].
В зависимости от сырья из которого получают ПАВ можно разделить на два класса: олеохимические (природное) и нефтехимические ПАВ. Олеохимические ПАВ производят из возобновляемого сырья, обычно из растительных масел. Нефтехимические ПАВ производятся из мелких «строительных блоков», таких как алканы, алкены, получаемые при крекинге нефти. Часто сырьём для ПАВ одновременно служат растительные масла и продукты нефтехимии. Этоксилированные жирные кислоты - один из многочисленных тому примеров [2].
Иногда олеохимические и нефтехимические способы переработки получают одинаковые продукты. Например, нормальные спирты с углеводородными радикалами С10-С14, обычно используемые для введения гидрофобных групп при синтезе неионных ПАВ и анионных ПАВ, получают либо гидрированием метиловых эфиров соответствующих жирных кислот, либо по реакции полимеризации этилена с триэтилалюминием в качестве катализатора [3]. Оба способа получают неразветвленные алифатические спирты, практически не разичающиеся по составу гомологов, поскольку он определяется процессом дистилляции. Оба способа широко применены в производстве.
Производство ПАВ с использованием в качестве сырья растительных масел не всегда обеспечивает получение менее токсичных и менее экологически вредных ПАВ, чем нефтехимические производства. Однако с учётом круговорота углекислого газа химическое производство, основанное на возобновляемом сырье, всегда более предпочтительно.
Применение природного сырья для синтеза ПАВ обусловлено их возобновляемостью, состоящих из экологических непрерывных циклов. Они постоянно производятся из природы и, поэтому, в принципе доступны и дёшевы для коммерческого использования с небольшим риском нехватки. Стоит отметить, что токсичность снижается при их использовании, меньшее воздействие на окружающую среду, обусловленную деградированием ПАВ в их естественные, более мелкие компоненты (то есть гидрофобные и гидрофильные), предполагается, что они участвуют без токсикологического воздействия в естественных экологических циклах [4].
Стоит отметить, что полезными строительными блоками для гидрофобной части поверхностно-активных веществ являются жирные кислоты, поскольку они содержат реакционноспособную карбоксильную группу, тогда как остальная часть молекулы в основном инертна [5, 6]. Известно, что растительные масла на 94-96 % состоят из смесей триглицеридов высших жирных кислот. Оставшуюся часть составляют вещества, близкие к жирам (например, фосфолипиды, стерины, витамины), свободные жирные кислоты и др. компоненты
На масложировых предприятиях страны РК вырабатывают широкий ассортимент растительных масел из отечественного и импортного сырья, что служит одним из главных причин выбора данного сырья в производстве ПАВ [7].
Спирты с длинными линейными гидрофобными радикалами часто называют жирными спиртами независимо от способа их получения. Спирты с разветвленными углеводородными радикалами также имеют большое значение в качестве сырья для получения ПАВ [8]. Они производятся только синтетическими способами; среди них наибольшее распространение получил так называемый оксопроцесс, в котором в результате реакции олефина с монооксидом углерода и водородом получается альдегид, восстанавливаемый затем до спирта в процессе каталитического гидрирования. В конце получается смесь разветвлённых и нормальных спиртов, соотношение между которыми можно в известной мере регулировать подбором катализатора и условий реакции. Коммерческие «оксоспирты» представляют собой смеси нормальных и разветвлённых спиртов с определенной длиной алкильных цепей [9-11].
Различные способы получения первичных длинноцепочечных спиртов схематически показаны на рисунок 1.
этилен
триглицериды
керосин
А1(С2Н5)3
СН3ОН
фракционирование
алкилы алюминия с более высокой молекулярной массой
метиловые эфиры фракция к-алканов
жирных кислот
(метилацилаты)
О
фракционирование дегидрирование
нормальные спирты с широким распределением по молекулярным массам
фракция метиловых н-алкены
эфиров жирных
кислот
нормальные спирты для синтеза ПАВ
разветвленные и нормальные спирты для ПАВ
Рисунок 1 - Различные пути получения первичных спиртов как сырья для производства ПАВ
ВЫВОДЫ
Сырье для производства ПАВ делится на два основных типа: природное (олеохимическое) и нефтехимическое. Преимущества природного сырья заключаются, прежде всего, в том, что оно является возобновляемым ресурсом и гораздо более экологически безопасным. На западе доля природного сырья в производстве ПАВ доходит до 70 %. В Казахстане основу производства ПАВ составляет нефтехимическое сырье.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Pletnev, M. Green and natural surfactants - recent developments SOFW J. Intl. Version. - 2006. - № 132 (6). - P. 2-12.
2 Пилипенко, Т. В., Астафьева, В. В., Степанова, Н. Ю. Изучение качественных характеристик растительных масел различными методами // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. -2015. - № 39. - С. 90-96.
3 Ланге, К. Р. Поверхностно-активные вещества : синтез, свойства, анализ, применение. - СПб. : Профессия. 2005. - 240 с.
4 Абрамзон, А. А., Зайченко, Л. П., Файнгольд, С. И. Поверхностно-активные вещества. Синтез, анализ, свойства, применение. - Л. : Химия, 1988. - 200 с.
5 Холмберг, К., Йёнссон, Б., Кронберг, Б., Линдман, Б. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах. - 2007. - 531 с.
6 Кудиярбеков, А.С., Масакбаева, С. Р. Исследование влияния нуклеирующих агентов на физико-механические свойства полипропилена // Наука и техника Казахстана. - 2018. - № 3. - С. 12-21.
7 Николаев, П. В. Основы химии и технологии производства синтетических моющих средств: учеб. пособие / П. В. Николаев, Н. А. Козлов, С. Н. Петрова. Иван. гос. хим.-технол. ун-т, - Иваново : 2007. - 116 с.
8 Харченко, Г. М. Физико-механические свойства растительных масел // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2008. - № 4 (42). - С. 54-58.
9 ФЗ № 90 «Технический регламент на масложировую продукцию». Результаты определения органолептических показателей.
10 ГОСТ 3900-85 - Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности.
11 ГОСТ 33-2000 (ИСО 3104 - 94). Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчёт динамической вязкости.
Материал поступил в редакцию 08.06.20.
Елубай Мадениет Азаматулы x.f.k., доцент, мецгерушiсi,
Химия жэне Химиялык технологиялар кафедрасыныц, Химияльщ технологиялар жэне жаратылстану факультетi, С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекеттiк университет^ Павлодар к., 140008, Казахстан Республикасы e-mail: madik_chimik@mail.ru Аблай Казбек Аблаевич
магистрант, Химиялык технологиялар жэне жаратылыстану факультетi, С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университетi, Павлодар к., 140008, Казакстан Республикасы е-mail: kazbek529@gmail.com Материал 08.06.20 баспаFа тYстi.
Эс1мд1к шикпатынан бетт1к-белсенд1 заттарды алудыц заманауи эд1стер1
вЫмдж шиюзатынан беттiк-белсендi заттарды алудыц заманауи эдютерше эдеби шолу жасалды. Беттж белсендi зат вндiруге арналган шиюзат ек негiзгi турге бвлiнедi: табиги (олеохимиялъщ) жэнемунай-химия. Табиги шиюзаттыц артъщшылыгы, ец алдымен, ол жацартылатын ресурс жэне элдецайда экологиялыц цаутЫз болып табышады.
Кiлттi свздер: беттж белсендi зат, табиги, вндiрiс, шиюзат, мунай химиясы, спирт.
Yelubay Madeniyet Azamatuly
Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor,
head of Department of«Chemistry and Chemical Technologies»,
Faculty of Chemical Technology and Natural Science,
S. Toraighyrov Pavlodar State University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan
е-mail: madik_chimik@mail.ru
Ablay Kazybek Ablaevich
undergraduate, Faculty of Chemical Technology and Natural Science,
S. Toraighyrov Pavlodar State University,
Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan
е-mail: kazbek529@gmail.com
Material received on 08.06.20.
Modern methods of obtaining surfactants from plant raw materials
A literary review of modern methods of obtaining surfactants from plant raw materials is conducted. Raw materials for surfactant production are divided into two main types: natural (oleochemical) and petrochemical. The advantages of natural raw materials are, first of all, that they are a renewable resource and much more environmentally friendly.
Keywords: surfactant, natural, production, raw materials, petrochemicals, alcohol.
