​Сотрудник Самарского университета вместе с иностранными коллегами разработал материалы с каркасной структурой для разделения углеводородов. Эти вещества можно использовать для получения высококачественного бензина. Исследование проходило в рамках проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), а его результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.

Нефть представляет собой смесь жидких углеводородов. Для того чтобы получить из нее полезные вещества – бензин, керосин, мазут и другие, – нефть очищают от вредных примесей и отделяют разные углеводороды друг от друга. Обычно для этого применяется дистилляция – испарение жидкости с последующим охлаждением и конденсацией паров. Однако этот процесс достаточно энергоемкий. Ученые из Самары в качестве альтернативы предложили адсорбционное разделение, которое требует меньше энергии и денег, но при этом более эффективно.

 
 
С помощью этого метода в промышленности успешно разделяют газовые смеси. Для него нужны специальные вещества (адсорбенты), которые «впитывают» в себя один или несколько компонентов смеси. В качестве адсорбентов используются, например, разные виды активированного угля и сложные оксиды.

 

Ученые предлагают добавить к этим веществам и металл-органические каркасы. Этот вид материалов очень перспективен благодаря высокой пористости, важной для адсорбционного разделения. Еще одно преимущество состоит в том, что существует множество видов таких каркасов с порами разных размеров. Среди них наибольший интерес у ученых вызывают цирконий-органические каркасы, так как они наиболее стабильны. Кроме того, ученые могут управлять структурой этих веществ во время их синтеза.

Авторы работы создают комбинированные методы, с помощью которых можно прогнозировать свойства пористых материалов. Ученые находят зависимости между атомной структурой материала и его размером, формой и свободным объемом пустот (пор).

«Мы выполнили топологический дизайн и синтез трех новых пористых цирконий-органических материалов с каркасной структурой, которая оптимизирована для эффективного адсорбционного разделения изомеров С6-алканов – важной стадии процесса переработки нефти для получения высококачественного бензина», – рассказал один из авторов статьи, кандидат химических наук, старший научный сотрудник межвузовского научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению Самарского университета Евгений Александров.

Для того чтобы повысить октановое число бензина – химический показатель бензина, который указывается на АЗС (например, 92, 95), – его нужно очищать от н-гексана C6H14 (нормального гексана), оставляя при этом в бензине разветвленные изомеры гексана. Ученые протестировали, насколько эффективно два наиболее стабильных вида металл-органических каркасов могут очищать бензин. Авторы установили, что каркас с наименьшими размерами пор может поглощать большое количество н-гексана и при этом оставляет его разветвленные изомеры. Поглощенный сорбентом н-гексан затем можно извлечь, немного подогрев сорбент, и использовать его для хозяйственных нужд, либо с помощью химических методов получить его изомеры и вернуть в бензин.

Второй каркас с большим размером пор может разделять три С6-изомера и имеет самый высокий коэффициент разделения для 3-метилпентан по отношению к 2,3-диметилбутану, что очень важно для производства бензина повышенного качества.

В итоге оказалось, что первый металл-органический каркас на 70% эффективнее очищает бензин от низкооктановых примесей н-гексана по сравнению с применяемым сейчас стандартным сорбентом – цеолитом 5А. Дополнительно авторы проанализировали структуры всех известных цирконий-органических каркасов (211 известных структур) и определили взаимосвязи между структурой составляющих их «строительных блоков» и каркасов.

По словам ученых, созданная в ходе работы схема структурных закономерностей позволит прогнозировать новые цирконий-органические каркасы с нужными свойствами.

«В нашей работе мы не только успешно используем на практике теоретические методы прогнозирования материалов, но и даем список важных для промышленности веществ, которые еще не существуют, но могут быть получены в ближайшем будущем. Благодаря поддержке этой тематики РНФ, у нас появился реальный шанс развить в Самаре технологии дизайна и изготовления новых материалов для энергоэффективного сорбционного разделения газов с их помощью», – заключил ученый.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Миланского университета, Пекинского университета, Южно-Китайского технологического университета, Массачусетского технологического института, Техасского университета в Далласе, Университета Уэйк-Форест, Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, Ратгерского университета и Научно-технологического университета имени короля Абдаллы.

Источники

Созданы новые материалы для получения высококачественного бензина
Индикатор (indicator.ru), 21/07/2018
Созданы новые материалы для получения высококачественного бензина
Новости@Rambler.ru, 21/07/2018
Бензин станет дешевле? Ученые из Самары с зарубежными коллегами нашли способ удешевить переработку нефтепродуктов
Самарские судьбы (samsud.ru), 21/07/2018
Бензин станет дешевле? Ученые из Самары с зарубежными коллегами нашли способ удешевить переработку нефтепродуктов
Kp.ru, 20/07/2018
Созданы материалы для получения высококачественного бензина
Margust (gazeta-margust.ru), 20/07/2018
Созданы материалы для получения высококачественного бензина
Новости@Rambler.ru, 20/07/2018
Созданы материалы для получения высококачественного бензина
Газета.Ru, 20/07/2018
Химики из Самары и их зарубежные коллеги создали новый метод удешевления производства высокооктанового бензина
Научная Россия (scientificrussia.ru), 01/08/2018
Химики из Самары и их зарубежные коллеги создали новый метод удешевления производства высокооктанового бензина
1k.com.ua, 01/08/2018
Химики из Новосибирска разработали экологичную добавку для бензина, улучшающую его свойства
GisProfi (gisprofi.com), 02/08/2018
Новосибирские химики разработали высокооктановую добавку для бензина из соломы
Rcc.ru, 03/08/2018

Похожие новости

  • 07/08/2018

    Магистранты ТПУ примут участие в работе над уникальными проектами

    ​Магистрантам Томского политехнического университета предлагают стать участниками уникальных исследовательских проектов в составе научных групп под руководством ведущих ученых вуза. Одной из таких научно-исследовательских групп является коллектив научно-образовательного центра Н.
    568
  • 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.
    270
  • 13/02/2019

    Супергидрофильное покрытие для индивидуальных имплантатов предложили ученые ТПУ

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе со своими германскими коллегами из университета Дуйсбург-Эссен предложили использовать сферические наночастицы кальций-фосфата в качестве покрытия для имплантатов из сплава ВТ6.
    345
  • 25/04/2018

    Сотрудники ОмГТУ исследовали поведение двухкомпонентной газовой смеси при ее осаждении

    ​Сотрудники Омского государственного технического университета (ОмГТУ) построили решеточную модель и исследовали поведение двухкомпонентной газовой смеси при ее осаждении на поверхность твердого тела. Полученные данные иллюстрируют практически все возможные варианты взаимодействия молекул на плоскости и могут быть полезны для истолкования результатов специалистов в самых разных областях химической науки.
    545
  • 14/03/2018

    Физики помогут нефтяникам добывать больше углеводородов

    ​Российские ученые в составе международной группы разработали алгоритм для расчета проницаемости горных пород по их 3D-изображениям. Программа поможет нефтяникам выбирать наиболее эффективные схемы разработки месторождений.
    664
  • 16/04/2019

    Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды

    ​Международный коллектив ученых точно измерил силу водородных связей между молекулами воды и опроверг популярную сегодня теорию о том, как устроена эта необычная жидкость. Новое теоретическое описание структуры воды было представлено в журнале Nature Communications.
    252
  • 29/08/2016

    В Новосибирске будут производить шагающие экзоскелеты для инвалидов

    ​Заместитель генерального директора по инновационному развитию "Инновационного медико-технологического центра" (Новосибирского медтехнопарка) Анатолий Аронов на круглом столе в рамках форума "Новосибирск- город безграничных возможностей" рассказал, что будут производить резиденты второй очереди медицинского промышленного парка.
    2433
  • 13/03/2017

    Центр энергоэффективного катализа НГУ как воплощение идеи интеграции НГУ и ИК СО РАН

    Научно-образовательный центр энергоэффективного катализа (НОЦ ЭК), созданный Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Новосибирским государственным университетом при финансовой поддержке Фонда «Сколково», за три года функционирования показал выдающиеся результаты.
    1212
  • 11/04/2019

    Ученые ТПУ изучают, чем загрязнена река в промышленном районе Индии

    ​Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) привезли пробы воды из Дамодара – одной из самых грязных рек Индии; изучив состав и миграцию вредных веществ, политехники вместе с коллегами из России, Китая и Индии намерены предложить меры по очистке и предотвращению дальнейшего загрязнения реки, сообщила пресс-служба вуза.
    158
  • 10/06/2019

    В НИИ онкологии Томска создают технологию профилактики и лечения метастазов

    ​Каждая двенадцатая женщина в мире заболевает раком молочной железы. В России грозная статистика усугубляется несвоевременной диагностикой (31,9% больных с запущенным опухолевым процессом) и, соответственно, высокой и скорой летальностью (7,4% пациенток умирают в течение года после постановки диагноза).
    176