​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

  • 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.
    1919
  • 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.
    2721
  • 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.
    252
  • 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.
    1260
  • 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.
    1212
  • 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.
    252
  • 14/08/2019

    Новосибирские учёные придумали, как накопить энергию солнца на холодный сезон

    ​Сотрудники Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН создали селективные сорбенты воды для европейской установки SWSHeating, которая будет летом накапливать солнечное тепло для того, чтобы обогревать им здание зимой.
    316
  • 19/09/2017

    Углеводороды будут главными энергоносителями для автомобилей до 2050 года

    ​Углеводороды будут доминировать в качестве энергоносителей для большинства видов транспортных средств как минимум до 2050-х годов. Такой прогноз озвучил на шестом международном энергетическом форуме в Лионе научный руководитель Института катализа Сибирского отделения РАН, лауреат премии "Глобальная энергия-2016" Валентин Пармон.
    1141
  • 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.
    393
  • 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.
    1600