​Обычный мегаполис, 6 часов вечера, город стоит в бесконечных пробках. Так же выглядит катализатор в процессе переработки нефти: молекулы образуют заторы в его порах, и всё останавливается.

В отличие от администрации этого абстрактного города, исследователям из ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» удалось создать транспортную систему, позволяющую молекулам беспрепятственно передвигаться внутри катализатора, и тем самым продлить время его работы. Статья об этом опубликована в журнале Catalysis today

При переработке нефти (а это большой набор процессов) молекулы черного золота претерпевают ряд химических превращений, благодаря которым ее отчищают от примесей, повышают октановое число и на выходе получают высококачественное топливо, а также предшественники различных полимеров и даже лекарств. Катализаторы для ряда нефтеперерабатывающих процессов можно представить в виде системы пещер, на стенах которых, подобно драгоценным камням, расположены активные центры. Для протекания реакции необходимо, чтобы молекулы могли пройти по этим извилистым и часто узким туннелям и достичь свободного активного центра, где и происходит химическая трансформация соединений. 
 
Это непростая задача, так как в нефти молекулы довольно большие, соизмеримы с размерами пор (тех самых туннелей), и даже одна застрявшая частица перекроет свободный доступ к большому количеству активных центров, что повлечет за собой остановку всего процесса, подобно сломавшемуся на дороге грузовику в час пик. Для решения этой проблемы ученые ИК СО РАН предложили усовершенствовать транспортную систему пор: проложить дополнительно более широкие туннели, благодаря которым молекулярные пробки просто не будут образовываться. Такую структуру, где поры сильно отличаются по размеру и выполняют разные функции (например, большие обеспечивают доставку молекул, маленькие — протекание каталитических реакций), называют иерархической.
 
Для создания иерархической структуры исследователи использовали темплаты, своего рода шаблоны или трафареты, по которым можно создать необходимый каркас. В качестве такого темплата ученые взяли шарики полистирола (органический полимер) размером всего 100 нм. На первом этапе эти шарики смешиваются с материалом катализатора, заполняющего пространство между ними, чтобы сформировать своеобразный скелет материала. Далее полученный образец подвергается высокотемпературной обработке, в таких условиях материал катализатора затвердевает, а полистирол сгорает до углекислого газа. На месте шариков остаются пустоты, которые, объединяясь, образуют новые транспортные пути. При этом исследователи могут получить поры разного размера, просто варьируя размер используемых сфер и тем самым адаптируя катализатор под нужные процессы.
 
Предварительные испытания показали, что иерархические катализаторы работают в несколько раз дольше обычных за счет отсутствия «молекулярных пробок» и доступности активных центров, поэтому внедрение этой разработки сибирских ученых в промышленность уже началось. 
 
Интересно, что применение такого катализатора позволит также работать и с нефтью низкого качества — обычно она очень вязкая, почти не текучая, и содержит в себе большое количество примесей и крупных органических молекул, быстро выводящих обычные катализаторы из строя. По этой причине в России месторождения такой нефти на сегодняшний день почти не разрабатываются. Так что использование иерархических катализаторов будет важным шагом в развитии российской нефтяной промышленности и позволит как сэкономить на процессе за счет большей износостойкости катализатора, так и стать конкурентоспособными на мировом рынке. 
 
Дарья Шестакова, ИК СО РАН

Источники

Сибирские ученые создают "скоростные шоссе" в катализаторах
Наука в Сибири (sbras.info), 11/12/2019
Сибирские ученые создают "скоростные шоссе" в катализаторах
Российская академия наук (ras.ru), 11/12/2019
Химики из Новосибирска создали долговечные катализаторы для нефтепереработки
Inline.ru, 11/12/2019
Российская нефть станет дешевле благодаря сибирским катализаторам
Pcnews.ru, 11/12/2019
Российские ученые разработали более эффективные катализаторы для переработки нефти
Популярная механика (popmech.ru), 11/12/2019
Новосибирские ученые создали долговечные катализаторы для нефтепереработки
Новосибирские новости (nscn.ru), 11/12/2019
Ученые РАН из Новосибирска удешевили переработку низкокачественной нефти
SM News (sm-news.ru), 11/12/2019
Новосибирские ученые создали долговечные катализаторы для нефтепереработки
Национальная ассоциация нефтегазового сервиса (nangs.org), 11/12/2019
Ученые РАН из Новосибирска удешевили переработку низкокачественной нефти
Seldon.News (news.myseldon.com), 11/12/2019
Сибирские ученые нашли способ сэкономить на нефтепереработке
ИА Regnum, 12/12/2019
Сибирские ученые нашли способ сэкономить на нефтепереработке
Seldon.News (news.myseldon.com), 12/12/2019
Сибирские ученые нашли способ сэкономить на нефтепереработке
SMIonline (so-l.ru), 12/12/2019
Ученые нашли способ обеспечить беспрепятственное движение молекул в катализаторах нефтепереработки
Бурение и нефть (burneft.ru), 12/12/2019
Сибирские ученые изобрели катализаторы для работы с нефтью низкого качества
Бурение и нефть (burneft.ru), 12/12/2019
Пульс дня Новосибирска
Честное слово (chslovo.com), 12/12/2019
Сибирские ученые изобрели катализаторы для работы с нефтью низкого качества
ROGTEC Magazine (rogtecmagazine.com), 13/12/2019
Российская нефть станет дешевле благодаря сибирским катализаторам
Seldon.News (news.myseldon.com), 13/12/2019
Время работы катализатора будут продлевать молекулы нефти
Нефть и Капитал (oilcapital.ru), 16/12/2019
Время работы катализатора будут продлевать молекулы нефти
Seldon.News (news.myseldon.com), 16/12/2019

Похожие новости

  • 18/05/2020

    Ученые Алтайского края совместно с коллегами из Новосибирска запатентовали уникальную технологию получения этилена

    ​Ученые Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (Бийск) совместно с коллегами из Института катализа имени Г. К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (Новосибирск) разработали уникальную технологию получения этилена.
    399
  • 20/02/2020

    Евгений Булучевский: одно дело - маленький провинциальный институт и совсем другое - часть федерального исследовательского центра

     В сентябре 2019 года ученые Центра новых химических технологий ФИЦ «Институт катализа им. Г.К. Борескова» СО РАН зарегистрировали патент на катализатор, способ его приготовления и способ одностадийной переработки возобновляемого растительного сырья для получения экологически чистых компонентов моторных топлив.
    550
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    1632
  • 08/12/2016

    Новосибирские химики производят уникальные композитные материалы для сжигания топлива

    ​Специалисты Новосибирского государственного университета и институтов СО РАН создают керамометаллические композитные матрицы на основе порошка алюминия, его оксида и сплавов. Эти уже успешно испытанные материалы обладают уникальными характеристиками, в частности, высокой теплопроводностью, и используются для структурированных катализаторов процессов сжигания и трансформации топлив.
    3110
  • 15/04/2019

    Новосибирские ученые исследуют управление атомами наночастиц для улучшения производства полиэтилена

    ​Ученые Института катализа Сибирского отделения Российской академии наук (РАН) в рамках гранта РНФ (Российский научный фонд) изучат управление атомами наночастиц, что позволит улучшить промышленную технологию получения крупнотоннажных полимеров, в том числе полистирола и полиэтилена, сообщил ТАСС заведующий лабораторией перспективных синхротронных методов исследования Института катализа СО РАН Ян Зубавичус.
    1557
  • 20/12/2016

    В ИК СО РАН разработали способ каталитической утилизации осадков сточных вод

    ​В Институте катализа СО РАН впервые разработан метод каталитической утилизации иловых осадков коммунальных сточных вод – одного из наиболее требовательных и сложных в утилизации видов отходов – с одновременной выработкой энергии для местного теплоснабжения.
    2199
  • 24/12/2019

    Выбор РИА Новости: главные достижения российской науки 2019 года

    ​Ученые в России в нынешнем году получили знаковые результаты в самых разных областях – от астрономии до археологии, причем многие достижения имеют выходы на практическое применение. Примечательно, что существенную лепту здесь внесли не только признанные научные центры, но и ведущие отечественные вузы.
    907
  • 19/12/2019

    Сибирские ученые научились делать этиловый спирт высшей очистки из мискантуса

    ​Ученые масштабировали технологию получения этилового спирта из многолетнего растения мискантус, сообщается на сайте Сибирского отделения РАН. В России ежегодно производится около 3,5 млн тонн этилена.
    810
  • 29/11/2019

    ИК СО РАН ведет исследования совместно с компанией «Татнефть»

    ​Ряд вопросов, актуальных для нефтегазохимического комплекса Республики Татарстан, был рассмотрен сегодня на заседании Совета директоров ОАО «Татнефтехиминвест-холдинг».  Заседание состоялось в Доме Правительства РТ, провел его Президент Республики Татарстан Рустам Минниханов.
    942
  • 24/11/2017

    Юрий Аристов: суровый климат России может стать ее конкурентным преимуществом

    ​Альтернативная энергетика подразумевает возможность получать тепло и энергию из того, чего много: где-то хватает солнечных дней, где-то — ветра, а чего предостаточно в Сибири? Правильно, холода. Учёные из Института катализа им.
    1934