25 ноября 2023, 12:00

Катализаторы на основе нанотрубок галлуазита помогут очистить бионефть

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.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Applied Catalysis B: Environmental.

Источник:  Пресс-служба РНФ

Публикации из новости

Читайте также

Подборка статей российских ученых за май (часть 1)
Мы запускаем новую рубрику, в которой будем публиковать статьи российских ученых, опубликованных в топовых научных журналах за последнее время. В первой части мы подобрали 25 статей, опубликованных в мае в журналах издательства American Chemical Society (ACS)
Кристаллохимия
Материаловедение
Нанотехнологии
Неорганическая химия
Нефтехимия
Органическая химия
Протеомика
Физическая химия
Химия высокомолекулярных соединений
Химия координационных соединений
30 мая 2022
Три металла и новая технология упростят получение ненасыщенных спиртов
Ученые синтезировали катализатор на основе наночастиц платины, оксидов церия и циркония, который позволяет превращать ненасыщенные альдегиды в ненасыщенные спирты. Такая реакция нужна при создании духов, отдушек и лекарств. При использовании нового катализатора избирательность и эффективность процесса достигли 100%. Это значит, что при синтезе протекала только необходимая ученым реакция, после которой не оставалось побочных продуктов.
Катализ
Нанотехнологии
Синтез
23 января 2024
Обнаружены новые особенности спирального антиферромагнетика GdRu2Si2
Международная команда физиков изучила энергетическую структуру спирального антиферромагнетика GdRu2Si2. Были обнаружены новые особенности, что позволит улучшить приборы, использующие магнитную память.
Материаловедение
Нанотехнологии
Спектроскопия
26 декабря 2023
Метагеномные технологии помогут понять, как увеличить эффективность нефтедобычи
Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН охарактеризовали состав микроорганизмов четырех нефтяных месторождений на территории Татарстана. Оказалось, что в пластовой воде обитают как бродильные бактерии, образующие нефтевытесняющие метаболиты, так и сульфатредуцирующие бактерии, образующие сероводород, вызывающий коррозию стального оборудования, порчу нефти и экологические проблемы. Это указывает на то, что повысить нефтеотдачу пластов можно, внося в них с поверхности органические вещества для стимуляции роста бродильных бактерий, а также предусматривать применение методов конкурентного подавления роста сульфидогенов.
Бактериология
Микробиология
Нефтехимия
15 декабря 2023
Новый метод экстракции редкоземельных элементов, используя новые ионные жидкости
Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН разработали метод высокоэффективной экстракции редкоземельных элементов из водных сред с использованием новой бифункциональной ионной жидкости на основе промышленных экстрагентов. Новый подход перспективен для выделения ценных компонентов из отработанных высокотехнологичных материалов.
"Зеленые" технологии
Синтез
Физическая химия
22 ноября 2023
Созданы метаповерхности для передовых устройств ИК диапазона
Ученые Института автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН разработали метаповерхность из золотых нановыступов для управления свойствами квантовых точек теллурида ртути, излучающих в ИК диапазоне спектра. Такая метаповерхность изготавливается простым лазерным методом и позволяет на порядок усилить яркость и направленность излучения нанесенного слоя квантовых точек.
ИК-спектроскопия
Квантовая химия
Нанотехнологии
10 октября 2023