​Химики из МГУ создали катализаторы на основе сульфидов переходных металлов, применение которых позволит получать компоненты моторных топлив из тяжелых остатков нефтепереработки, а также улучшит качество добываемой нефти. Важной особенностью таких катализаторов является их бифункциональность — они позволяют не только эффективно трансформировать углеводороды, в том числе серосодержащие, но и преобразовывать воду в водород. Исследования показали, что с новыми катализаторами можно исключить энерго- и ресурсозатратную стадию отделения воды при переработке обводненного углеродсодержащего сырья. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Catalysis B: Environmental и поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда. 

Традиционно для переработки тяжелого нефтяного сырья в компоненты товарных топлив используют процессы каталитического облагораживания под давлением водорода. Катализаторами таких процессов в большинстве случаев выступают соединения переходных металлов, закрепленные на носителе — оксиде алюминия или цеолитах. Сегодня постоянно растет энергопотребление, а потому появляется спрос на природные энергоносители. В нефтепромышленности все чаще прибегают к переработке углеродсодержащего сырья и тяжелой нефти. Доля низкокачественного сырья повышается, и вместе с тем остро встает вопрос, как получать товарное топливо, отвечающее жестким экологическим стандартам по содержанию в них ароматических и сернистых соединений. 

Как правило, тяжелое углеводородное сырье характеризуется высоким содержанием поликонденсированных ароматических соединений — полимеров из циклических молекул с системой непредельных связей между атомами углерода, — в том числе гетероатомных, то есть включающих атомы других элементов. На их удаление как раз и нацелены процессы каталитического облагораживания. Размер молекул таких соединений превышает диаметр пор носителя, что затрудняет их проникновение к активному компоненту и приводит к дезактивации традиционных катализаторов. Помимо поликонденсированных ароматических соединений некондиционное, то есть некачественное, углеродсодержащее сырье также включает воду. Она снижает эффективность процессов нефтепереработки, приводит к коррозии технологического оборудования, сокращает срок службы катализаторов. 

Решить проблему наличия воды в сырье позволит использование наноразмерных катализаторов без носителя, распределенных в углеводородной среде. Они представляют собой сульфиды переходных металлов, никеля и молибдена. Отличительной особенностью таких катализаторов является возможность их синтеза непосредственно в реакционной среде in situ. Благодаря уникальной наноструктуре такие системы лишены недостатков традиционных «нанесенных» катализаторов. В то же время применение нанодисперсных (состоящих из наноразмерных частиц) систем без носителя позволяет вовлекать в переработку не только органические молекулы, но и активировать воду, взаимодействие которой с оксидом углерода приводит к образованию водорода. Он необходим для удаления органических молекул, содержащих серу. Получаемые жидкие продукты в дальнейшем могут быть использованы для производства экологичных моторных топлив. 

"Катализаторы, которые мы получили во время исследования, позволяют не только исключить стадию отделения воды от сырья, но и использовать ее для очистки нефти. Такая одностадийная технология может лечь в основу процессов облагораживания тяжелой нефти во время ее добычи, а также переработки отходов нефтяной промышленности и повышения качества топлив», — отметила Анна Вутолкина, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат химических наук, научный сотрудник кафедры химии нефти и органического катализа химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. 

Автор: Алексей Паевский 

Фото: Формирование активной фазы катализаторов из предшественников металлов, рассеянных в углеводородной среде, и протекание реакции водяного газа с образованием in situ водорода (Анна Вутолкина/МГУ).​ 

Похожие новости

  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    1323
  • 30/03/2021

    "Новая медицина" в университетах Проекта 5-100

    Представляем вам вторую часть обзора последних исследований и открытий, сделанных в университетах Проекта 5-100 по направлению «Новая медицина», согласно тематическому плану Года науки и технологий. Безусловно, самым важным и актуальным в медицинской науке последнего времени остается изучение коронавируса.
    237
  • 27/10/2020

    Томские ученые нашли способ в 2,5 раза упрочнить сплавы, используемые для носовой части ледоколов

    ​​Сотрудники лаборатории высокопрочных кристаллов СФТИ Томского государственного университета нашли способ упрочнения многокомпонентных сплавов, которые выдерживают действие критически низких температур, близких к -200°С.
    391
  • 29/03/2021

    В НГУ завершился финал олимпиады НТИ по профилю «Наносистемы и наноинженерия» для школьников

    Олимпиада кружкового движения НТИ — это командные инженерные соревнования для школьников и студентов, увлеченных современными технологиями, инженерией и естественными науками.  Цель Олимпиады КД НТИ — выявить молодых людей, готовых предложить новые ответы на актуальные технологические вызовы.
    268
  • 13/10/2020

    Физики ТГУ улучшили сплавы с памятью формы для космоса и Арктики

    ​Сотрудники лаборатории физики высокопрочных кристаллов ТГУ первыми в мире получили структуру сплавов, обеспечивающую им особую способность к деформации и восстановлению исходной формы до 15 процентов.
    685
  • 29/12/2020

    Наталья Гусева: «2020 год потребовал самоотверженности и готовности к переменам»

    ​Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Наталья Гусева поделилась результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказала о целях и задачах на будущий год.​   Уходящий год стал точкой отсчета новой реальности для всего мира, и, чтобы в нее «встроиться», нам пришлось многое пересмотреть и изменить в своей деятельности.
    593
  • 24/02/2021

    Цитируемые учёные ТПУ: подземные воды Забайкалья, свойства Шлемника и донные осадки моря Лаптевых

    Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за январь. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 90, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 6,479.
    272
  • 19/11/2020

    Цитируемые ученые ТПУ: «умные» удобрения, ферритовая керамика и наносеребро

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за октябрь. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 57, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 7,246.
    935
  • 23/12/2020

    Директор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Марина Трусова: «Все силы и средства идут на развитие школы»

    ​​О главных событиях и достижениях 2020 года и планах на будущее рассказала директор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Марина Трусова.    Мегагранты Год для коллектива нашей школы был ярким и богатым на события.
    438
  • 19/02/2021

    Данные учёных ТГУ помогут в обследовании пациентов с инсультом

    Учёные лаборатории нейробиологии ТГУ в ходе серии экспериментов, проведённых с использованием модели ишемического инсульта у крыс, получили новые данные о процессах, которые происходят в очаге поражения головного мозга.
    297