Новости

21 ноября, 2023 12:29

Синтезированы новые катализаторы на основе нанотрубок галлуазита для получения продуктов топливного и нефтехимического назначения из бионефти

Ученые выяснили, что обработка природного минерала галлуазита кислотой позволяет улучшить его текстурные свойства и кислотность – характеристики, которые важны при использовании этого минерала в качестве носителя катализаторов, применяемых для переработки бионефти или ее компонентов. Катализаторы на основе модифицированного таким образом галлуазита позволяют в три раза эффективнее, по сравнению с аналогом на основе исходного минерала, удалять кислород из бионефти растительного происхождения. Затем такую бионефть можно использовать в качестве компонента моторных топлив и нефтехимических полупродуктов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Applied Catalysis B: Environmental.
Исследование влияния условий деалюминирования на свойства катализаторов и маршруты превращения гваякола. Источник: Zasypalov G. et al. / Applied Catalysis B: Environmental, 2024. № 123425

Отходы деревообрабатывающей промышленности — опилки, щепу и другие — перерабатывают в жидкий продукт — лигноцеллюлозную бионефть, которая представляет собой смесь воды и углеводородов. Из-за того, что в углеводородной части бионефти содержится до 60% кислородсодержащих соединений, использовать ее в качестве компонента топлив невозможно. Это объясняется низкой теплотворной способностью бионефти и ее нестабильностью при хранении. Чтобы бионефть все-таки стала пригодной для применения в качестве топлива, ее углеводородную часть подвергают гидрооблагораживанию в присутствии катализаторов, то есть удалению кислородсодержащих компонентов.

В качестве катализаторов таких процессов могут использоваться системы на основе благородных металлов, в частности, содержащие рутений. Они высокоактивны, устойчивы к отложению кокса и в меньшей степени подвержены спеканию под действием высоких температур. Однако при переработке такого сырья с высоким содержанием воды (до 30%) — как бионефть — катализаторы на основе благородных металлов могут потерять свою активность из-за перестройки структуры частиц активного компонента или его вымывания с поверхности носителя. Кроме того, негативное влияние на каталитические свойства может оказывать и вода, образующаяся в ходе самого гидрооблагораживания. Таким образом, на сегодняшний день нет эффективных и стабильных катализаторов для облагораживания бионефти.

Ученые из Российского государственного университета нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) предложили использовать в качестве носителя катализаторов для гидрооблагораживания глинистый минерал с трубчатой структурой — галлуазит. Применительно к переработке бионефти у алюмосиликатных нанотрубок галлуазита есть один существенный недостаток — низкая кислотность, которая отрицательно сказывается на активности катализаторов на их основе. Авторы установили, что предварительная обработка алюмосиликатных нанотрубок галлуазита кислотой позволяет значительно улучшить текстурные и кислотные свойства носителей и катализаторов на их основе. Авторы проследили, как меняются физико-химические свойства алюмосиликатных нанотрубок в зависимости от времени их обработки раствором серной кислоты в различных условиях. Это позволило определить оптимальные условия деалюминирования, при которых сохраняется трубчатая структура галлуазита, увеличивается удельная площадь поверхности и размер внутренней полости, а также повышается кислотность.

Исследователи использовали обработанный кислотой галлуазит в качестве носителя для рутений-содержащих катализаторов. Полученные образцы протестировали в процессе гидрооблагораживания модельного сырья, содержащего гваякол — один из наиболее типичных компонентов лигноцеллюлозной бионефти. Эксперимент показал, что катализаторы на основе предварительно обработанного кислотой (деалюминированного) галлуазита в три раза эффективнее аналогов, нанесенных на «обычный» минерал.

«Наша работа — это исследование, которое показывает возможность управлять составом, текстурными характеристиками и кислотностью природных наноматериалов с трубчатой структурой и использовать их в качестве носителей активной фазы катализаторов для гидрогенизационных процессов нефтехимии и нефтепереработки. Результаты работ могут найти широкое применение при создании катализаторов для крупнотоннажных процессов, в частности, для получения компонентов моторных топлив и ценных полупродуктов нефтехимии из возобновляемого сырья. Мы продолжим развивать направление по созданию новых катализаторов для переработки альтернативных видов углеродсодержащего сырья в продукты с добавленной стоимостью», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Александр Глотов, ведущий научный сотрудник Российского государственного университета нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина.

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ

11 июня, 2024
Подсчет окрашенных клеток позволит точнее оценивать эффективность противоопухолевых препаратов
Ученые выяснили, что автоматизированный подсчет окрашенных светящимися (флуоресцентными) красителя...
10 июня, 2024
Химики синтезировали светящиеся кольца, трубки и «деревья» из наночастиц сульфида серебра
Ученые получили квантовые точки — наночастицы на основе сульфида серебра и органических молекул в ...