Fenol je izhodna spojina za mnoga sredstva uporabna v vsakdanjem življanu, fenolformaldehidne smole (bakelit), dezinfekcijka sredstva, herbicide, sredstva za zaščito lesa idr. Letna produkcija fenola na svetu l.2000 presega 6,6 megaton.
Večino fenola industrijsko pridobivajo po t.i. "KUMENSKEM" postopku iz benzena (shema 1).
Slika1
Nedavno so komercializirali tudi postopek direktne oksidacije benzena z NO. Ta postopek je ekonomsko upravičen le tam, kjer kot stranski produkt neke druge reakcije nastaja NO.
Zadnje odkritje je enostopenjska konverzija benzena v fenol s Pd-membrano. Za ta postopek so razvili poseben reaktor "cev v cevi" ("shell-and-tube" reaktor), ki omogoča izkoristek 1,5kg fenola na 1kg katalizatorja na uro pri 150°C (slika 1).
Del plašča notranje cevi je Pd-membrana na Al-nosilcu narejena po posebnem postopku. V to notranjo cev (tube) pod pritiskom uvajajo zmes kisika, benzena in helija, ki jo predhodno prepihavajo skozi tekoči benzen. V zunanjo cev (shell) pa uvajajo zmes vodik-helij. Obstaja še drug scenarij, pri katerem, ravno obratno, v notranjo cev uvajajo zmes z vodikom, v zunanjo pa zmes z benzenom. Temperatura, pri kateri reaktor deluje je zelo nizka (< 250°C).
Princip delovanja reaktorja je dokaj enostaven. Vodik se pri prehodu skozi membrano atomizira in kot tak prodre v notranjo cev, kjer pri reakciji s kisikom (najpočasnejša stopnja reakcije) tvori reaktivne species. Te z benzenom tvorijo fenol z nad 90% selektivnostjo pri nizki konverziji (3%-na konverzija benzena) in 80% selektivnost pri visoki konverziji (13%-na konverzija benzena). Pri slednji pretvorbi so opazili dihidroksi derivate (kinon).
Reaktivne species (na sliki1 označene z Oakt.) so lahko: O(v osnovnem stanju), HOO˙, HO˙, O2-, O-,OH-. Zadnje tri lahko izločimo z veliko verjetnostjo, ker so nukleofili. Prve tri pa lahko nastopajo kot elektrofili zato so najbolj verjetni species. HOO˙ nastane pri reakciji O2 z atomarnim vodikom. Ko vodik prehaja membrano, takoj reagira z O2 in nastane HOO˙ in H2O2, ki naprej razpade na HO˙in O. (Ta rekator lahko služi tudi za pridobivanje H2O2 pod milimi pogoji v odsotnosti aromata.) Kateri je glavni species, ki tvori fenol pri reakciji z benzenom še ni znano.
Ta reaktor je zelo praktičen zaradi enostavne strukture, milih pogojev in majhne verjetnosti, da bi se tvorila eksplozivna zmes H2 in O2 , ko je to pri nekaterih predhodnih reaktorjih za hidroksilacije, ki simultano uvajajo zmes vodika in kisika (reaktorji te vrste imajo zelo nizke izkoristke fenolov, 0,0014-0,69%). Poleg fenolov lahko s Pd-membranskim reaktorjem pridobivajo še o-,m-,p-krezole (metil fenole) iz toluena.
Pripravil:
Boštjan Genorio
|
