The separation of indole from a model mixture comprising four kinds of nitrogen heterocyclic compounds [indole (In), quinoline (Q), iso-quinoline (iQ), quinaldine (Qu)], three kinds of bicyclic aromatic compounds [1-methylnaphthalene (1MN), 2-methylnaphthalene (2MN), dimethylnaphthalene (DMN)], biphenyl (Bp) and phenyl ether (Pe) was examined by batch cocurrent 4 stages equilibrium extraction. The model mixture used as a raw material in this work was prepared according to the components and compositions contained in coal tar fraction (the temperature ranges of fraction: $240{\sim}265^{\circ}C$). An aqueous solution of formamide was used as a solvent. Indole was recovered more than 99% through 4 stages of the equilibrium extraction. The range of selectivity of indole in reference to DMN obtained through the 5 stages equilibrium extraction was found to be 63~118. The process for separation and recovery of indole contained in coal tar was studied by using the experimental results obtained from this work and the previous work.
The separation of nitrogen heterocyclic compound (NHC) contained in a model coal tar fraction of nine components system was investigated by distribution equilibrium. The model coal tar fraction comprising NHC group (NHCs; indole (In), quinoline (Q), iso-quinoline (iQ), quinaldine(Qu)), bicyclic aromatic compound group (BACs; 1-methylnaphthalene (1MN), 2-methylnaphthalene (2MN), dimethylnaphthalene (DMN)), biphenyl (Bp) and phenyl ether (Pe) and the aqueous methanol were used as the raw materials and the solvent of this work, respectively. A batch-stirred tank was used as the liquid-liquid contact unit of this work. The distribution coefficient of NHCs increased by increasing the equilibrium operation temperature, whereas the selectivity of NHCs with respect to BACs decreased. Decreasing the initial volume ratio of water to the solvent resulted in deteriorating the selectivity of NHCs in reference to BACs, but improving the distribution coefficients of NHCs. At a fixed experimental condition, the sequence of the distribution coefficient and the selectivity with reference to BACs for each groups was increased in order of NHCs > Bp > BACs > Pe and NHCs > Bp> Pe, respectively. Also, the sequence of the distribution coefficient for entire compounds was in order of In > iQ = Q > Qu > Bp > 1MN = 2MN > Pe > DMN. The maximum yield of NHCs and the selectivity of NHCs based on BACs obtained by methanol extraction were 94 and 23%, respectively. Furthermore, the recovery process for NHCs from coal tar was studied by using the experimental results from this work.
Kim, Su-Jin;Kang, Ho-Cheol;Kim, Yong-Shik;Jeong, Hwa-Jin
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.31
no.5
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pp.1143-1148
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2010
We investigated the separation of nitrogen heterocyclic compound (NHC) contained in a model coal tar fraction comprising four kinds of NHC [indole (In), quinoline (Q), iso-quinoline (iQ), quinaldine (Qu)], three kinds of bicyclic aromatic compound (BAC) [1-methylnaphthalene (1MN), 2-methylnaphthalene (2MN), dimethylnaphthalene (DMN) mixture with ten structural isomers (DMNs; regarded as one component)], biphenyl (Bp) and phenyl ether (Pe) by liquid membrane permeation (LMP). A batch-stirred tank was used as the permeation unit. An aqueous solution of saponin and n-hexane were used as the liquid membrane and the outer oil phase, respectively. Yield and selectivity of individual NHC was much larger than that of BAC, Bp and Pe. Increasing the initial mass fraction of the saponin to the membrane solution ($C_{sap,0}$) and the initial volume fraction of O/W emulsion to total liquid in a stirred tank (${\phi}_{OW,0}$) resulted in deteriorating the yield of individual NHC, but increasing the stirring speed (N) resulted in improving the yield of each NHC. With increasing $C_{sap,0}$, the selectivity of each NHC based on DMNs increased. Increasing ${\phi}_{OW,0}$ and N resulted in decreasing the selectivity of individual NHC based on DMNs. At an experimental condition fixed, the sequence of the yield and selectivity in reference to DMNs for each NHC was Q > Qu = iQ > In. Furthermore, we compared LPM method with methanol extraction method in view of the separation efficiency (yield, selectivity) of NHC.
The purification of indole from 54.3wt% indole fraction (temperature range of distillate: $250{\sim}255^{\circ}C$) recovered by extraction-distillation combination of coal tar fraction (temperature range of distillate: $240{\sim}265^{\circ}C$) was examined by solute crystallization. The feed consists of eight components such as quinoline, iso-quinoline, indole, quinaldine, 1-methylnaphthalene, 2-methylnaphthalene, biphenyl and phenyl ether. Hexane and an aqueous solution of methanol (50 : 50 vol%) were used as the crystallization solvent and the coolant, respectively. A batch stirred tank of glass material was used as a crystallization apparatus. By increasing the operation temperature and the volume ratio of solvent to feed at initial, the purity of indole increas ed, but yields of indole showed a decreasing tendency. Solute crystallization method using hexane as a solvent was excellent because the purity of 99.3 wt% indole was recovered at the yield of 50% without washing operation.
The separation of nitrogen heterocyclic compound (NHC) contained in a model coal tar fraction was compared by the methanol and formamide extraction. The model coal tar fraction comprising four kinds of NHC (NHCs : quinoline, iso-quinoline, indole, quinaldine) and three kinds of bicyclic aromatic compound (BACs : 1-methylnaphthalene, 2-methylnaphthalene, dimethylnaphthalene), biphenyl and phenyl ether was used as a raw material. The aqueous solution of methanol and formamide were used as solvents. A batch-stirred tank was used as the raw material - a solvent contact unit of this work. Independent of the solvent used, the distribution coefficient of NHCs sharply increased by decreasing the initial volume ratio of water to the solvent and increasing the equilibrium operation temperature, whereas, the selectivity of NHCs in reference to BACs decreased. Decreasing the initial volume ratio of solvent to feed resulted in deteriorating distribution coefficients, but the selectivity of NHCs in reference to BAC was almost the constant. The distribution coefficient of NHCs by the methanol extraction was 3~5 times higher than that of NHCs by the formamide extraction, inversely, the selectivity of NHCs based on BACs by the formamide extraction was 3~7 times higher than that of NHCs by the methanol extraction. Furthermore, two different solvent extraction methods by adding the extraction processing speed to the balance between solvency and selectivity of NHCs were compared.
A study on mesophase pitch as a matrix precursor of carbon fiber reinforced carbon (C/C) composite has been recently presented. This study is concerned with the production of mesophase pitch as matrix precursors for C/C composite from coal tar pitch. A commercial coal tar pitch was heat-treated at 25$0^{\circ}C$ for 2 hours to remove low molecular weight fraction from the pitch then increasing the temperature of the pitch to between 350~45$0^{\circ}C$ to produce mesophase pitch. The pitch was continuously stirred during this time and nitrogen gas was continuously bubbled through the pitch. Spherical and bulk mesophases were formed in the pitch after heat-treatment,. Parent and mesophae pitches were characterized by elemental analysis coke yield solubi-lity in tetrahydrofuran and hexane and an optical microscopy to measure the mesiophase content. It was neces-sary to produce C/C composite that a mesophase pitch with about 30-40 vol% mesophase spherulites can be infiltrated into a fiber preform without a filter effect as a matrix precursor conditions. This condition was satisfied with mesophase pitch heat treated at 40$0^{\circ}C$ for 2 hours. The other heat treatment conditions showed the nuclei of mesophase or bulk mesophae which were not satisfied with the matix precursor condition.
4D carbon fiber preforms were manufactured by weaving method and their carbon fiber volume fractions were 50% and 60%. In order to form carbon matrix on the preform, coal tar pitch was used for matrix precursor and high density carbon/carbon composites were obtained by high densification process. In this process, manufacture of high density composites was more effective according to pressure increasement. When densificating the preform of 60% fiber volume fraction with 900 bar, density of the composites reached at 1.90 $g/cm^3$ after three times processing. Degree of pressure in the densification process controls macro pore but it can not affect micro pore. During the carbonization process, micro pore of the preform were filled fully by once or twice densification processing. But micro pore were not filled easily in the repeating process. Therefore, over three times densification processing is the filling micro pore.
In this research, we attempt to fabricate an excellent CFRC(Carbon Fiber Reinforced Carbon), which has good thermal and mechanical properties, with 8H/satin woven fabric prepreg, high modulus and high strength type continuous carbon fiber and raw coal tar pitch(RCTP) matrix or THF soluble fraction(THFSP) matrix which has good graphitizability. Green bodies were fabricated with hot press molding technique and CFRC samples were made after carbonization, impregnation, recarbonization and graphitization steps. For the purpose of characterization of the physical properties, SEM, polarized light microscope, TGA were observed, and tested flexural strength, modulus and ILSS. After heat treating the THFSP matrix up to $2300^{\circ}C$, the value of $C_0$/2 was 3.380$\AA$, which is analogous to the structure of natural graphite and the value of 2$\theta$ is $26.276^{\circ}$ approached to the Bragg's angle of natural graphite. As a result of TGA to test the high temperature air oxidation, the THFSP matrix, graphitized up to $2300^{\circ}C$, exhibited the best air oxidation resistance. And mechanical properties were increased up to 65~70% as fiber volume fraction increased. Because of the good orientation graphitizability, the fracture surface of THFSP matrix CFRC is very good.
As a part of improving the quality of crude methylnaphthalene (CMNO), this study was experimentally examined the reduction of nitrogen-containing compounds (NC) present in the CMNO by solvent extraction. The CMNO was composed of three kinds of NC [quinolone (QU), iso-quinoline (IQU), indole (IN)], three kinds of bicyclic aromatic compound [BAC; naphthalene (NA), 1-methylnaphthalene (1MNA), 2-methylnaphthalene (2MNA)] and biphenyl (BP) etc., in addition to an aqueous formamide solution, which were used as raw materials and a solvent, respectively. The increase in the volume fraction of water to the solvent in the initial state (yw,0) caused a sharp decrease in the distribution coefficient and the yield of NC, but conversely raised the increased selectivity of NC based on 2MNA. The compositions of QU, IQU and IN in the raffinate oil recovered through the equilibrium extraction of batch co-current 5-stage under constant conditions [yw,0 = 0.1, volume fraction of solvent to feed (CMNO) at the initial state = 1, operating temperature = 303 K, liquid-liquid contacting time = 72 h] were reduced by about 51.5%, 55.2%, and 71.8%, respectively, when compared to those of CMNO. From the excellent reduction rate of NC, the formamide extraction method suggested in this study can be expected to be a useful reduction method for NC contained in the CMNO.
The reduction of nitrogen-containing compounds (NC) containing the model crude methylnaphthalene oil (CMNO) of 5 compounds system was experimentally studied by solvent extraction. The model CMNO consisting of 3 kinds of NC including quinolone (QU), iso-quinoline (IQU), indole(IN) and 2 kinds of bicyclic aromatic compounds such as 1-methylnaphthalene (1MNA), 2-methylnaphthalene (2MNA) as raw materials, as well as the aqueous solution of formamide as a solvent, were used. The increase in the volume fraction of water to the solvent at the initial state (yw,0) sharply decreased, but the distribution coefficient and the yield of NC conversely increased the selectivity of NC based on 2MNA, and an increase in the volume fraction of solvent to feed (S/F) simultaneously increased the distribution coefficient, yield and selectivity of NC. The yields of QU, IQU and IN under constant conditions (yw,0 = 0.1, S/F = 1, equilibrium temperature 303 K) were 30%, 31% and 10%, respectively, and selectivity was 15, 15 and 20, respectively. From the excellent yield and selectivity of NC, the formamide extraction method of this study was expected as a method for reducing the NC contained in the model CMNO.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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