​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

  • 26/11/2020

    Ученые ТПУ создадут устойчивые к водородным и радиационным повреждениям композиты

    ​Специалисты Томского политехнического университета разрабатывают научные основы создания композиционных материалов, устойчивых к водородным и радиационным повреждениям. Композиты предполагается создавать на основе наноразмерных металлических многослойных систем цирконий/ниобий (Zr\Nb).
    281
  • 17/11/2020

    Ученые разработали эластичные пористые материалы для имплантатов

    ​Материаловеды СФТИ ТГУ запатентовали способ получения материала для имплантатов, которые при нагрузке ведут себя так же, как и живые ткани организма. «Природоподобный» материал создается на основе прочного никелида титана, и с помощью добавок порошка титана ученые добиваются эластичного поведения и эффекта памяти формы.
    278
  • 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.
    985
  • 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.
    566
  • 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.
    201
  • 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.
    394
  • 21/01/2020

    Нано под ногами: сырье для новейших материалов создает сама природа

    ​Представьте себе дом, стены которого сами начинают охлаждать комнаты, когда становится слишком жарко, накапливая тепло и отдавая его, когда температура понизится, и все это без дополнительных энергетических затрат.
    625
  • 20/08/2018

    Учеными созданы железные спирали тоньше человеческого волоса

    ​Исследователи СПбГУ смогли синтезировать микроспирали соединений железа диаметром около 12 микрон - почти в десять раз тоньше человеческого волоса. Их можно будет использовать, например, для создания сенсоров с высокой чувствительностью, а также в качестве миниатюрных электромагнитов или индукторов.
    1006
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    1792
  • 26/10/2020

    Более 300 ученых обсуждают в ТПУ методы получения изотопной продукции

    ​26 октября в Томском политехническом университете стартовала VI Международная научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Изотопы: технологии, материалы и применение». В конференции принимают участие более 300 молодых ученых, аспирантов и студентов из России, Казахстана, Чехии, Китая, Беларуси.
    289