11/12/2019
ИК СО РАН
Сибирские ученые создают «скоростные шоссе» в катализаторах
425
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
Сибирские ученые создают "скоростные шоссе" в катализаторах
Химики из Новосибирска создали долговечные катализаторы для нефтепереработки
Российская нефть станет дешевле благодаря сибирским катализаторам
Российские ученые разработали более эффективные катализаторы для переработки нефти
Новосибирские ученые создали долговечные катализаторы для нефтепереработки
Ученые РАН из Новосибирска удешевили переработку низкокачественной нефти
Новосибирские ученые создали долговечные катализаторы для нефтепереработки
Ученые РАН из Новосибирска удешевили переработку низкокачественной нефти
Сибирские ученые нашли способ сэкономить на нефтепереработке
Сибирские ученые нашли способ сэкономить на нефтепереработке
Сибирские ученые нашли способ сэкономить на нефтепереработке
Ученые нашли способ обеспечить беспрепятственное движение молекул в катализаторах нефтепереработки
Сибирские ученые изобрели катализаторы для работы с нефтью низкого качества
Пульс дня Новосибирска
Сибирские ученые изобрели катализаторы для работы с нефтью низкого качества
Российская нефть станет дешевле благодаря сибирским катализаторам
Время работы катализатора будут продлевать молекулы нефти
Время работы катализатора будут продлевать молекулы нефти
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