КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 22-13-20016

НазваниеИсследование состава и свойств смолисто-асфальтеновых компонентов тяжелых нефтяных остатков и изучение возможности их использования в качестве сырья для производства новых материалов

РуководительПетрова Юлия Юрьевна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Бюджетное учреждение высшего образования Ханты-Мансийского автономного округа - Югры "Сургутский государственный университет", Ханты-Мансийский АО - Югра

Период выполнения при поддержке РНФ

2022 г. - 2024 г.

Конкурс№66 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс).

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-602 - Химия новых органических и гибридных функциональных материалов

Ключевые словатяжелые нефтяные остатки, асфальтены, смолы, углеродные материалы, плазма, спектроскопические методы, физико-химические методы

Код ГРНТИ31.25.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В условиях новой стратегии экономического развития все большее внимание уделяется проблемам рационального использования природных ресурсов и в частности нефтяных. Данная проблема является также актуальной в сегодняшней мировой повестке по созданию «зеленой энергетики будущего» и «чистой» планеты, которая предполагает переход к неуглеводородным источникам топлива и снижению углеродного следа при производстве товаров. Однако, вместе с тем, в структуре добыче сегодня растет доля тяжелых высоковязких нефтей при переработке которых актуальной становится проблема утилизации нефтяных остатков с высокой долей смолисто-асфальтеновых компонентов (САВ). Это особенно важно в России, поскольку глубина переработки нефти составляет в среднем около 75 %, и соответственно на долю нефтяных остатков приходится около 25 % перерабатываемого сырья. Традиционно их используют в качестве горюче-смазочных материалов (ГСМ), в производстве дорожного битума, кокса, что с одной стороны не отражает весь потенциал их возможностей, а с другой – негативно влияет на окружающую среду, увеличивая содержание углерода в атмосфере. Все это делает особенно актуальным сегодня поиск новых альтернативных способов использования тяжелых нефтяных остатков. Для ХМАО данная повестка является особенно актуальной ввиду специфики региона связанной с добычей природных ресурсов на основе углеводородов и необходимостью их рационального использования. В стратегии социально-экономического развития Ханты-Мансийского автономного округа - Югры до 2030 года обозначено направление развития несырьевых видов деятельности, основанных на переработке сырья (нефтегазоперерабатывающий кластер). Для вовлечения региона в общемировую повестку по созданию новых «зеленых технологий» необходимо развитие новых научных направлений, связанных с альтернативным взглядом на использование углеводородных ресурсов – постепенный переход к использованию их в качестве ценного сырья для получения новых материалов для различных отраслей промышленности. Строение САВ (поликонденсированные нафтеноароматические системы с включением гетероатомов) позволяет рассмотреть их как перспективный материал для синтеза новых полимерных и композитных материалов, которые могут иметь в перспективе широкое применение в технике и промышленности. Например, для получения полимерных матриц, в том числе и графена – современного сырья для микроэлектроники, а также компонентов для деэмульгации нефти, полимерных покрытий, сорбентов, носителей для катализаторов и т.д. Целью данного проекта является решение научной проблемы рационального использования САВ в качестве сырья для производства углеродных материалов. Основной акцент исследования будет сделан на изучении химического состава и физико-химических свойств САВ, который позволит выявить влияние их природы на свойства получаемых материалов. На данном этапе развития исследований в этой области такие работы фактически отсутствуют. Научная новизна проекта заключается в новых физико-химических закономерностях зависимости свойств получаемых материалов от состава исходного сырья САВ, что позволит разработать технологию получения новых композитов с улучшенными свойствами. Понимание состава, строения и свойств САВ, которые до сих пор остаются не изученными позволит предлагать рациональные пути их использования. Что в свою очередь откроет новые горизонты как в развитии наук о высокомолекулярных соединениях, наук о новых материалах, термических и термокаталитических процессов их переработки что расширит возможности их рационального использования. Научная новизна исследований заключается также в разработке способов получения углеродных материалов на основе САВ с использованием высокоэнергетического воздействия (плазменных методов) на основе авторского оригинального безвакуумного электродугового метода с использованием в качестве исходного сырья тяжелых нефтяных остатков(отходов).

Ожидаемые результаты
Результатом реализации проекта станет база знаний о структуре, фрагментах, связях между элементами САВ тяжелых нефтяных остатков, которые возможно будет использовать при разработке как новых способов их переработки, так и создания новых аналитических методов их исследования, так и новых технологий их использования в качестве сырья для производства углеродных материалов. На основе данной базы знаний будет разработан способ получения углеродных материалов на основе САВ с использованием высокоэнергетического воздействия (плазменных методов). По итогам проведенных экспериментов будет показана возможность плазменной переработки асфальтенов с получением полезных газообразных и конденсированных продуктов. Будет определен состав по сериям экспериментов газовых продуктов плазменной переработки (ожидаемый состав газов: метан, водород, углекислый газ, угарный газ). Будет исследован конденсированный продукт плазменной переработки асфальтенов, ожидаемо получение углеродных наноматериалов различной морфологии. Разработка технологии получения углеродных материалов на основе смолисто-асфальтеновых компонентов тяжелых нефтяных остатков соответствует актуальной на сегодня общемировой повестке по созданию «зеленой энергетики будущего» и «чистой» планеты, которая предполагает переход к неуглеводородным источникам топлива и снижению углеродного следа при производстве продукции, в т.ч. нефти и продуктов нефтепереработки. Что особенно актуально для ХМАО ввиду специфики региона связанной с добычей природных ресурсов на основе углеводородов и необходимостью их рационального использования. Реализация подобного проекта будет способствовать созданию в регионе «зеленых технологий» за счет развития новых научных направлений, связанных с альтернативным взглядом на использование углеводородных ресурсов – постепенный переход к использованию их в качестве ценного сырья для получения новых материалов для различных отраслей промышленности. Достижение поставленной цели станет возможным за счет комплексного подхода к исследованию САВ, заключающегося в использовании различных методов анализа для исследования состава и структуры САВ, а именно методов термической, химической деструкции и спектроскопических. Такой подход позволит приблизиться к пониманию состава и строения высокомолекулярных компонентов САВ тяжелых нефтяных остатков и создать базу знаний о структуре, фрагментах, связях между элементами, которые возможно будет использовать при разработке как новых способов переработки их, в том числе катализаторов, так и создания новых аналитически методов их исследования, так и новых технологий их использования в качестве сырья для производства новых углеродных материалов. На основе данных о предполагаемом строении и свойствах САВ станет возможным разработка подхода к их трансформации при высокоэнергетическом воздействии в различные углеродные наноматериалы, нанотрубки, производные графена, сфера применения которых в настоящее время интенсивно расширяется в различных областях техники и промышленности. В результате выполнения проекта предлагается разработка нового способа получения углеродных материалов на основе САВ, которые могут иметь огромную ценность для таких отраслей, как электроника, полимерные покрытия, носители для катализаторов и др. Результаты настоящего проекта будет способствовать решению проблемы рационального использования природных ресурсов - получению новых материалов из тяжелых нефтяных остатков.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Выполнено комплексное исследование состава и свойств асфальтенов и углеродных материалов, полученных в результате их плазменной обработки, с использованием методов: термогравиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии, структурно-группового, рентгенофлуоресцентного, рентгенофазового анализа, ИК-Фурье-спектроскопии (FTIR), лазерной дифракции, просвечивающей и растровой микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), флеш-пиролиза Rock-Eval и пиролитической хромато-масс-спектрометрии в двумерном режиме (Py-GCxGC-TOFMS). Показано, что асфальтены легкой Среднеугутской нефти (AS) содержат в своем составе преимущественно алканы и большее количество серы, кислорода и азота по сравнению с асфальтенами тяжелой Русской и Венесуэльской нефтей (AR и AV соответственно), где преобладают нафтены и арены. Методами FTIR, рентгенофлуоресцентного и термического анализов было показано, что термическая стабильность, которая определяется в основном наименее прочными С-S и C-O связями, а также C-C связями в составе парафиновых фрагментов, уменьшается в ряду AV→AR→AS. Методом пиролитической хроматографии Py-GCxGC-TOFMS установлено, что асфальтены (АS) содержат большее количество лабильных гетероатомных структурных фрагментов, а также длинных парафиновых цепей (по данным РФЭС и структурно-группового анализа), что делает эти асфальтены менее термостабильными по сравнению с асфальтенами (АR), что также подтверждено методами термического анализа и пиролиза Rock-Eval. Проведены серии экспериментов на лабораторной плазменной установке по переработке исследуемых образцов асфальтенов при различной силе тока разрядного контура (сила тока от 50 А до 125 А) и различной длительности плазменной обработки (10-30 с). Эксперименты проводили на установке собственного изобретения. Установка представляет собой плазменный реактор постоянного тока горизонтального типа. Для проведения экспериментов использовали от 0.3 г до 1 г исходной навески асфальтенов, что является максимальной загрузкой в данной конфигурации разрядного контура. Получены продукты твердой и газовой фазы. Изучена энергоёмкость процесса для оценки потенциала использования данной технологии в решении проблем плазменной утилизации нефтяных остатков, содержащих асфальтены. По результатам полученных данных анализа газовой среды и рентгеновской дифрактометрии установлено, что идентифицированный режим работы реактора при показаниях источника постоянного тока 100 А и продолжительности воздействия дугового разряда 30 с на асфальтены обеспечивает полную переработку сырья в углеродный материал (http://www.surgu.ru/ru/news/science/2022/11/3801-komanda-uchenyh-surgutskogo-gosuniversiteta-aktivno-issleduet-novye-tehnologii-pererabotki-tyazhelyh-neftyanyh-ostatkov-dlya-proizvodstva-novyh-materialov). По данным рентгеновской дифрактометрии установлено, что во всех экспериментах по переработке асфальтенов в конечном продукте присутствует максимум графита. Продукты синтеза, полученные при времени воздействия дугового разряда 30 с и при силе тока 50 А и 75 А характеризуются рентгеноаморфной структурой, образцы при силе тока источника питания 100 А и 125 А имеют явно выраженную кристаллическую структуру. Анализ состава формирующейся газовой фазы в процессе горения дугового разряда доказывает, что при термической конверсии асфальтенов происходит выделение газов СО, СО2, СН4 и Н2, в свою очередь процент содержания О2 снижается практически до нуля. В сериях экспериментов, при силе тока разрядного контура 100 А и продолжительности воздействия дугового разряда 30 с, зафиксированы показатели, согласно которым концентрация водорода в газовой среде достигает 58,3 %, что является наибольшим значением концентрационного максимума среди апробированных в данном исследовании режимов работы дугового реактора, при этом доля остальных газов составляет: СН4 1,1 %; СО 9,4 %; СО2 1,5 % При исследовании образца методом просвечивающей электронной микроскопии доказано, что в составе продукта присутствуют как наноразмерные частицы, так и микроразмерные. Идентифицированы частицы различной морфологии, преобладающее количество составили следующие кристаллические углеродные наноструктуры: углеродные нанотрубки, полиэдрический графит и углеродные нанолуковицы. Размер идентифицированных частиц варьируется в широком диапазоне, наибольшую долю составляют частицы размерами от ~20 до ~ 100 нм. При исследовании снимков методом растровой электронной микроскопий определено, что частицы образца агломерированы (размер агломератов также варьируется в широком диапазоне от ~30 до ~3500 мкм). При изучении снимков большего разрешения идентифицирована пористая и однородная структура частиц, с размером пор от ~2 до ~40 мкм. В результате выполненных работ экспериментально показана возможность переработки асфальтенов в плазме дугового разряда постоянного тока, инициируемого на открытом воздухе c получением полезных продуктов: водорода, метана, слоистого графита и наноразмерных углеродных материалов (нанотрубки, нанолуковицы). Определены параметры работы реактора, которые, с одной стороны, обеспечивают максимальный выход водорода в среду генерирующего газа, а с другой стороны, минимальные энергозатраты (время 30 с, ток 100 А). Средняя мощность на этом режиме составляет ≈ 2,9 кВт, а энергия, выделяемая за рабочий цикл реактора, равна ≈ 123 кДж. Плазменная обработка характеризуется одновременным протеканием процессов графитизации и окисления асфальтенов с формированием окисленной графитоподобной структуры. Установлено, что основными стадиями превращений асфальтенов при плазменной обработке являются: а) разрушение лабильных углерод-гетероатомных связей (С-О и С-S); б) разрушение прочных углерод-углеродных и углерод-гетероатомных связей в нафтено-ароматических блоках молекул асфальтенов и их перегруппировка и трансформация в) образование окисленных графитоподобных материалов, а также других аллотропных модификаций углерода – нанолуковиц и нанотрубок. Анализ электрофизических характеристик (значения удельного объемного сопротивления и диэлектрической проницаемости) углеродного материала позволил заключить, что полученные материалы обладают высокой диэлектрической проницаемостью и относительно невысоким удельным сопротивлением, что близко к характеристикам композитных углеродсодержащих материалов, используемых в ионисторах. Данный метод можно рассматривать как перспективный способ переработки нефтяного сырья, обогащенного тяжелыми смолисто-асфальтеновыми компонентами (остатки и отходы нефтепереработки и нефтехимии) с получением полезных углеродных материалов (https://t.me/scienpolicy/28216), которые потенциально могут быть использованы в различных областях науки и техники (https://rg.ru/2022/10/28/reg-urfo/na-poroge-tochki-otscheta.html).

Публикации

1. Гринько А.А., Иванова Л.В., Францина Е.В., Петрова Ю.Ю., Пак А.Я., Поваляев П.В., Каичев В.В., Аркаченкова В.В., Литвинцева К.А. Плазменная переработка асфальтенов легкой и тяжелой нефти Химия высоких энергий, - (год публикации - 2023)

2. Пак А.Я., Поваляев П.В., Францина Е.В., Гринько А.А., Петрова Ю.Ю., Аркаченкова В.В. ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ ГРАФИТОПОДОБНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ОТХОДОВ НА ОСНОВЕ АСФАЛЬТЕНОВ Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, - (год публикации - 2022)

3. Петрова Ю.Ю., Францина Е.В., Гринько А.А., Пак А.Я., Аркаченкова В.В., Поваляев П.В. Investigation of the process and products of plasma treatment of asphaltenes Materials Today Communications, Materials Today Communications, V 33, 2022, 104669 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.104669

4. Аркаченкова В. В., Поваляев П. В., Зеленцов Д. О., Францина Е. В. Переработка асфальтенов в атмосферной плазме дугового разряда постоянного тока Перспективные материалы конструкционного и функционального назначения : сборник научных трудов Международной научно-технической молодежной конференции / под ред. С.П. Буяковой ; Томский политехнический университет, Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2022. – С.129 (год публикации - 2022)

5. Аркаченкова В.В., Поваляев П.В., Зеленцов Д.О., Францина Е.В., Гринько А.А., Петрова Ю.Ю. Переработка природного асфальтита в атмосферной плазме дугового разряда постоянного тока НЕФТЕПРОМЫСЛОВАЯ ХИМИЯ: Материалы IX Международной (XVII Всероссийской) научно-практической конференции. Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина, Москва, В книге: Нефтепромысловая химия. Материалы IX Международной (XVII Всероссийской) научно-практической конференции. Москва, 2022. С. 196-199. (год публикации - 2022)

6. Аркаченкова В.В., Поваляев П.В., Зеленцов Д.О., Францина Е.В., Гринько А.А., Петрова Ю.Ю. Переработка природного асфальтита в атмосферной плазме дугового разряда постоянного тока Химия нефти и газа : материалы XII Международной конференции (26–30 сентября 2022 года, Томск, Россия). — Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2022, Химия нефти и газа : материалы XII Международной конференции (26–30 сентября 2022 года, Томск, Россия). — Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2022. — С.301-302 (год публикации - 2022)

7. Аркаченкова В.В., Поваляев П.В., Францина Е.В., Гринько А.А., Петрова Ю.Ю. Исследование углеродного материала, полученного при плазменной обработке асфальтенов различного генезиса НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ: Материалы Международной научно-технической конференции молодых ученых. Могилев, Новые материалы, оборудование и технологии в промышленности: материалы Международной научно-технической конференции молодых ученых (27-28 октября 2022). Могилев, 2022. - (год публикации - 2022)

8. Аркаченкова В.В., Поваляев П.В., Францина Е.В., Петрова Ю.Ю. Переработка асфальтенов тяжелой нефти Технические и технологические системы : Материалы двенадцатой Международной научной конференции «ТТС-22» (23–25 ноября 2022 года), Технические и технологические системы : Материалы двенадцатой Международной научной конференции «ТТС-22» (23–25 ноября 2022 года) / ФГБОУ ВО «КубГТУ», КВВАУЛ им. А.К. Серова. – Краснодар : Издательский Дом – Юг, 2022 (год публикации - 2022)

9. Поваляев П.В., Пак А.Я., Францина Е.В., Аркаченкова В.В. ПЕРЕРАБОТКА АСФАЛЬТЕНОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ БЕЗВАКУУМНЫМ ЭЛЕКТРОДУГОВЫМ МЕТОДОМ С ПОЛУЧЕНИЕМ УГЛЕРОДНЫХ СТРУКТУР Перспективные материалы конструкционного и функционального назначе- ния : сборник научных трудов Международной научно-технической молодежной кон- ференции / под ред. С.П. Буяковой ; Томский политехнический университет, Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2022. – С. 248 (год публикации - 2022)

10. Поваляев П.В., Пак А.Я., Францина Е.В., Аркаченкова В.В., Калинина Н.А СИНТЕЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОДУГОВОГО РАЗРЯДА НА СМОЛИСТОАСФАЛЬТЕНОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ НЕФТИ Сборник материалов XXII Международной конференции по науке и технологии Россия-Корея-СНГ, Москва, XXII Международная конференция по науке и технологиям Россия-Корея-СНГ. Москва, 25–27 августа 2022: труды конференции (год публикации - 2022)

11. Поваляев П.В., Пак А.Я., Францина Е.В., Аркаченкова В.В., Калинина Н.А. СИНТЕЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР БЕЗВАКУУМНЫМ ЭЛЕКТРОДУГОВЫМ МЕТОДОМ XI Международный российско-казахстанский симпозиум «Углехимия и экология Кузбасса», 4—6 июля 2022 г. : сборник тезисов докладов. Кемерово : ФИЦ УУХ, 2022. - 100 с., Сборник тезисов докл. 4-6 июля 2022 г. Кемерово/ ФИЦ УУХ СО РАН. – Кемерово: ФИЦ УУХ СО РАН, 2022. – С.72 (год публикации - 2022)

12. - Команда ученых Сургутского госуниверситета активно исследует новые технологии переработки тяжелых нефтяных остатков для производства новых материалов Пресс-служба Сургутского государственного университета, 07.11.2022 (год публикации - )

13. - Отходы нефтепереработки в микроэлектронику Телеграмм-канал "Научно-образовательная политика", 12.10.2022 (год публикации - )

14. - Технологии ученых Сургутского государственного университета востребованы на рынке. На пороге "Точки отсчета" Российская газета, 28 октября 2022, пятница №245 (8893) (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Выполнено исследование состава и свойств асфальтенов, выделенных из двух тяжелых высоковязких нефтей, и продуктов их плазменной переработки, в том числе в присутствии металлов: Cr, Fe, Ni. Полученные образцы охарактеризованы с использованием методов: термического, рентгенофлуоресцентного, рентгенофазового анализа, ИК-Фурье-спектроскопии (FTIR), лазерной дифракции, электрофоретического рассеяния света, просвечивающей и растровой микроскопии, что позволило детализировать их строение и состав, определить вероятные химические связи в исходных асфальтенах и установить закономерности их разрыва и перегруппировки при воздействии электродуговой плазмы. Эксперименты проводили на установке собственного изобретения - плазменный реактор постоянного тока с горизонтальным расположением двух графитовых электродов катода и анода. Такая схема устройства реактора позволяет минимизировать попадание эрозионного графита в продукт синтеза и перерабатывать материалы, непроводящие электрический ток. Для проведения экспериментов использовали от 0.3 г до 1.0 г исходной навески асфальтенов. Исходную навеску перерабатывали при силе тока разрядного контура 100 А и продолжительности воздействия электродугового разряда 30 с, что соответствует оптимальному режиму переработки асфальтенов, определенному в первый год реализации проекта. Установлено, что при плазменной переработке асфальтенов происходит деструкция нафтено-ароматического каркаса молекул с последующей перестройкой в графитоподобную структуру. При этом также наблюдаются окислительные процессы в тех образцах, в состав которых входят кислород-содержащие фрагменты. Наоборот, асфальтены, не содержащие кислородных групп, при плазменном воздействии подвергаются лишь деструкции без окисления. Данный факт можно объяснить образованием вакуума из газов вокруг инициированного разряда, препятствующего проникновению кислорода воздуха в зону горения плазменного разряда. Основными общими стадиями превращений асфальтенов в плазме являются: а) разрушение лабильных углерод-гетероатомных связей (С-О и С-S); б) разрушение более прочных С-С и С-гетероатомных связей в нафтено-ароматических блоках асфальтенов с их перегруппировкой и трансформацией; в) образование других аллотропных модификаций углерода – нанолуковицы, нанотрубки. Полученные углеродные материалы (УМ) состоят преимущественно из частиц полиэдрического графита с примесью аморфного углерода. Среди графитовых слоев также можно отметить наличие нанопор с концентрической кольцевой структурой. В некоторых точках наблюдается формирование изгибов и волн графитового слоя, муарового узора, а также отличия межплоскостных расстояний. Данные дефекты нередко наблюдаются в углеродных наноструктурах, полученных в системе со значительной динамикой процесса. Результаты термического анализа образцов УМ, полученных при переработке асфальтенов с добавлением 10 % масс. металлов (Cr, Fe, Ni), показали, что наибольшую термическую стабильность имеет УМ с добавлением никеля CMASH-Ni, потеря массы которого при термическом анализе составила 1.69 % масс., а наименьшую – с добавлением железа CMASH-Fe (потеря массы составила 3.53 % масс.), что связано с различной прочностью связей «углерод-металл». При этом максимум потери массы для всех образцов приходится на температуры выше 560 °С, что свидетельствует об их достаточно высокой термической стабильности. Результаты рентгенофлуоресцентного анализа исследуемых образцов показали, что Cr, Fe, Ni концентрируются в составе полученного продукта, что косвенно может указывать на образование карбидных соединений. Полученные дифрактограммы показали, что добавление металлов приводит к формированию новых соединений. Посредством программного обеспечения «PowderCell 2.4» и «Crystallographica Search-Match» определен фазовый состав полученных УМ. Так на дифрактограммах идентифицированы максимумы, характерные сульфидам хрома (II) CrS. железа (II) FeS и никеля (III) Ni3S2 соответственно. Все образцы характеризуются плотным, остроугольным, местами пористым строением частиц и отличаются в отдельных местах наличием мелких пор на порядок меньше самих частиц (1-9 мкм). Также стоит отметить наличие локальных скоплений металлических частиц введенного катализатора. На снимках, полученных при большем увеличении, прослеживается пористая и однородная структура агломератов, с меньшим количеством пор по сравнению с предыдущим образцом. Размерность образцов CMASH-Cr в среднем колеблется в интервале (1-3 мм), CMASH-Fe (~ 400 – 1000 мкм), CMASH-Ni ~ 100 мкм, так и зерна размерами свыше 1 мм. По данным энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализа CMASH-Cr содержит ~ 97 % углерода, ~ 1,5 % серы, ~ 0,7 % хрома и до ~ 0,8 % прочих элементов (натрий, ванадий и никель). CMASH-Fe содержит ~ 96 % углерода, ~ 3 % серы, ~ 0,4 % железа и до ~ 0,6 % прочих элементов (натрий, кремний, алюминий и никель). CMASH+Ni содержит ~ 95 % углерода, ~ 2,4 % серы, ~ 1,1 % никеля и до ~ 1,5 % прочих элементов (ванадий и кислород). На снимках TEM в образцах CMASH-Cr и CMASH-Fe помимо частиц полиэдрического графита идентифицированы углеродные нанолуковицы со средним размером частиц (30 нм до 80 нм) и (20 нм до 100 нм). Из литературы известно, что в присутствии переходных металлов в качестве зародыше образователей, может осуществляться контролируемый рост углеродных наноструктур. Добавление железа в углеродный материал приводит к образованию сферических углеродных структур. На снимках видны частицы железа внедренных в углеродную матрицу, что соответствует структуре «ядро-оболочка». В образце CMASH-Ni помимо частиц полиэдрического графита идентифицированы углеродные нанотрубки. Из литературных источников известно о формировании углеродных нанотрубок при введении никеля в состав исходной смеси. Полученные порошки карбида хрома с использованием углеродных материалов из асфальтенов, характеризуются наличием высокоинтенсивных максимумов Cr3С2, однако, в составе продуктов синтеза также идентифицированы максимумы исходных компонентов – УМ и исходного хрома. Для полного выяснения процессов между исходными компонентами необходимо проведение дополнительных экспериментов, направленных на определение оптимального соотношения компонентов и режима работы реактора, обеспечивающих максимальную глубину протекания реакции. Однако, принципиально возможность синтеза карбидов металлов из асфальтенов нефти является вполне реальной. Результаты измерений межфазного натяжения показали, что добавление модифицированных поверхностно-активными веществами углеродных наноматериалов, полученных плазменной переработкой асфальтенов, приводит к снижению межфазного натяжения с 37,77 мН/м до 33,92 мН/м, что свидетельствует о возможности их применения в качестве добавок для стабилизации золей в методах увеличения нефтеотдачи.

Публикации

1. Аркаченкова В.В., Поваляев П.В., Францина Е.В., Гринько А.А., Петрова Ю.Ю., Зеленцов Д.О. Переработка отходов нефтяной промышленности в полезные углеродные материалы путем воздействия электродуговым разрядом АРКТИКА 2035: актуальные вопросы, проблемы, решения, АРКТИКА 2035: актуальные вопросы, проблемы, решения, № 2 (14), 2023. - М.: «Экспертный центр — Проектный офис развития Арктики (ПОРА)». - С. 52-65 (год публикации - 2023)

2. Зеленцов Д.О., Петрова Ю.Ю., Коробкин А.В., Иванова А.А., Черемисин А.Н., Шаненков И.И., Пак А.Я., Матейшина Ю.Г. Influence of anionic surfactant on stability of nanoparticles in aqueous solutions Chimica Techno Acta, v. 10, n. 3, p. 202310302 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.15826/chimtech.2023.10.3.02

3. Францина Е.В., Петрова Ю.Ю., Аркаченкова В.В., Гринько А.А., Пак А.Я., Поваляев П.В., Зеленцов Д.О., Чередниченко К.А. The influence of composition of asphaltenes of different genesis on the properties of carbon materials manufactured from them by plasma processing Petroleum Science, Petroleum Science, 2023, ISSN 1995-8226, https://doi.org/10.1016/j.petsci.2023.07.012. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1995822623001796) (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.petsci.2023.07.012

4. Аркаченкова В.В., Поваляев П.В., Жаркова М.А., Францина Е.В., Гринько А.А., Петрова Ю.Ю. Плазменная переработка технологического асфальта в присутствии металлов Химические технологии функциональных материалов: материалы IX Международной Российско-Казахстанской научно-практической конференции, Химические технологии функциональных материалов: материалы IX Международной Российско-Казахстанской научно- практической конференции / отв. ред. А.И. Апарнев. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2023. – С.55 (год публикации - 2023)

5. Аркаченкова В.В., Поваляев П.В., Жаркова М.А., Францина Е.В., Гринько А.А., Петрова Ю.Ю. Плазменный реактор для переработки нефтяных отходов XXV Международная конференция по химическим реакторам (ХимРеактор-25), Сборник тезисов, – Новосибирск : Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, 2023. - C.115 (год публикации - 2023)

6. Аркаченкова В.В., Поваляев П.В., Жаркова М.А., Францина Е.В., Петрова Ю.Ю., Гринько А.А. Плазменная переработка высокомолекулярной фракции нефти с добавлением Cr, Fe, Ni Нефтепромысловая химия. Материалы X Международной (XVIII Всероссийской) научно-практической конференции, Нефтепромысловая химия. Материалы X Международной (XVIII Всероссийской) научно-практической конференции. Москва: РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2023. – С. 172 (год публикации - 2023)

7. Аркаченкова В.В., Поваляев П.В., Зеленцов Д.О., ПетроваЮ.Ю. Получение углеродных материалов методом плазменной обработки асфальтенов, выделенных из Кармальского битума и Сургутской нефти Химия и химическая технология в XXI веке : материалы XXIV Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени выдающихся химиков Л.П. Кулёва и Н.М. Кижнера, Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2023. – С.34 (год публикации - 2023)

8. Аркаченкова В.В., Францина Е.В., Гринько А.А., Петрова Ю.Ю. Переработка технологического асфальта в полезные углеродные материалы путем воздействия электродуговым разрядом Безопасный Север – чистая Арктика: сб. материалов V Всероссийской (с междунар. участием) научно-практической конференции, Безопасный Север – чистая Арктика: сб. материалов V Всероссийской (с междунар. участием) научно-практической конференции, 13-14 апреля 2023 г., Сургут / ред. А. А. Исаев; Сургутский государственный университет. – Сургут: СурГУ, 2023. – С.23 (год публикации - 2023)

9. Аркаченкова В.В., Францина Е.В., Петрова Ю.Ю. Синтез углеродных наноструктур на основе асфальтенов различной природы воздействием электродугового разряда Сборник трудов XV Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России», Сборник трудов XV Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России». – М.: Издательский центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2023 (год публикации - 2023)

10. Егорова В.В., Поваляев П.В., Францина Е.В., Петрова Ю.Ю. Переработка асфальтенов тяжелой нефти методом высокотемпературной обработки в полезные углеродные материалы "Бутаковские чтения : сборник статей II Всероссийской с международным участием молодёжной конференции, "Бутаковские чтения : сборник статей II Всероссийской с международным участием молодёжной конференции / под ред. А.С. Заворина ; Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2023. (год публикации - 2023)

11. Егорова В.В., Францина Е.В., Петрова Ю.Ю. Плазменная переработка нефтяных асфальтенов в полезные углеродные материалы Кайбышевские чтения: сборник материалов Третьей Международной К15 школы-конференции молодых ученых, Кайбышевские чтения: сборник материалов Третьей Международной К15 школы-конференции молодых ученых (г. Уфа, 16-20 октября 2023 г.) / отв. ред. Е.В. Парфенов. – Уфа: РИЦ УУНиТ, 2023. – 170 с. (год публикации - 2023)

12. Егорова В.В., Францина Е.В., Петрова Ю.Ю. Переработка нефтяных асфальтенов в присутствии металлов Новые материалы, оборудование и технологии в промыш- ленности: материалы Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых, М-во образования Респ. Беларусь, М-во науки и высш. образования Рос. Федерации, Белорус.-Рос. ун-т; редкол.: М. Е. Лустенков (гл. ред.) [и др.]. – Могилев: Белорус.-Рос. ун-т, 2023. – С.57. (год публикации - 2023)

13. Зеленцов Д.О., Петрова Ю.Ю., Коробкин А.В., Иванова А.А., Черемисин А.Н., Пак А.Я., Шаненков И.И. Влияние анионного поверхностно-активного вещества на стабильность наночастиц TiO2 и углерода Нефтепромысловая химия. Материалы X Международной (XVIII Всероссийской) научно-практической конференции, Нефтепромысловая химия. Материалы X Международной (XVIII Всероссийской) научно-практической конференции. Москва: РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2023. – С. 147. (год публикации - 2023)

14. Зеленцов Д.О., Петрова Ю.Ю., Коробкин А.В., Иванова А.А., Черемисин А.Н., Шаненков И.И., Пак А.Я., Матейшина Ю.Г. Влияние анионного поверхностно-активного вещества на стабильность наночастиц в водных растворах Химические технологии функциональных материалов: материалы IX Международной Российско-Казахстанской научно-практической конференции, Химические технологии функциональных материалов: материалы IX Международной Российско-Казахстанской научно- практической конференции / отв. ред. А.И. Апарнев. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2023. – С.72 (год публикации - 2023)

15. Зеленцов Д.О., Петрова Ю.Ю., Коробкин А.В., Иванова А.А., Черемисин А.Н., Шаненков И.И., Сивков А.А. Synthesis of nanoparticles and their modification in solutions of anionic surfactants for obtaining stable dispersions ASAM-8 The 8th Asian Symposium on Advanced Materials Book of Abstracts, The 8th Asian Symposium on Advanced Materials Book of Abstracts (July 3 – 7, 2023, Novosibirsk, Russia) [Electronic resource]– Novosibirsk : Boreskov institute of Catalysis SB RAS, 2023. - P.63 (год публикации - 2023)

16. Зеленцов Д.О., Петрова Ю.Ю., Коробкин А.В., Иванова А.А., Черемисин А.Н., Шаненков И.И., Сивков А.А. Исследование влияния pH на агрегацию наночастиц в воде и растворах анионного поверхностно-активного вещества Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XXIV Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени выдающихся химиков Л.П. Кулёва и Н.М. Кижнера, Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2023. – С.501 (год публикации - 2023)

17. Поваляев П.В., Аркаченкова В.В., Францина Е.В. Исследование морфологии углеродных наноструктур полученных методом плазменной переработки Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XXIV Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени выдающихся химиков Л.П. Кулёва и Н.М. Кижнера, Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2023. – С.102 (год публикации - 2023)

18. Поваляев П.В., Пак А.Я., Францина Е.В., Аркаченкова В.В. Электродуговой синтез карбида хрома с использованием углерода, полученного из асфальтеносодержащих отходов Сборник трудов XXIII Международной конференции по науке и технологиям «Россия-Корея-СНГ» 2023, Сборник трудов XXIII Международной конференции по науке и технологиям Россия-Корея-СНГ. - Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2023 (год публикации - 2023)

19. Поваляев П.В., Францина Е.В., Аркаченкова В.В., Пак А.Я., Комкина У.С. Возможность плазменной газификации нефтеотходов с получением углеродных наноструктур и синтез-газа Безопасный Север – чистая Арктика: сб. материалов V Всероссийской (с междунар. участием) научно-практической конференции, Безопасный Север – чистая Арктика: сб. материалов V Всероссийской (с междунар. участием) научно-практической конференции, 13-14 апреля 2023 г., Сургут / ред. А. А. Исаев; Сургутский государственный университет. – Сургут: СурГУ, 2023. – С.36. (год публикации - 2023)

20. Рябова В.А., Аркаченкова В.В., Францина Е.В., Гринько А.А., Петрова Ю.Ю. Получение углеродных материалов методом плазменной обработки асфальтенов, выделенных из тяжелых нефтяных остатков Безопасный Север – чистая Арктика: Материалы V Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Безопасный Север – чистая Арктика: сб. материалов V Всероссийской (с междунар. участием) научно-практической конференции / Ред. А.А. Исаев. – Сургут: Сургутский государственный университет, 2023. – С. 41-44. – https://elibrary.ru/item.asp?id=54205626 (год публикации - 2023)

21. - "Зеленая химия": в Сургу разработаны новые технологии переработки отходов нефтяной промышленности Пресс-служба Сургутского государственного университета, сайт СурГУ, 08.12.2023 (год публикации - )