Российские ученые разработали систему на основе порошков фосфатов кальция для очистки нефтепродуктов. Частицы улавливают молекулы серосодержащих примесей и помогают им взаимодействовать с перекисью водорода — эта химическая реакция позволяет «отмыть» самые трудноотделяемые соединения. Новый метод очистки позволит сделать нефтепереработку безопаснее и дешевле. Подробнее с текстом исследования, выполненного при поддержке гранта Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), можно ознакомиться в журнале The Journal of Physical Chemistry C.
Микрофотография железосодержащего фосфата кальция
Нефть до сих пор остается одним из основных источников энергии. Россия занимает третье место по залежам тяжелого углеводородного сырья после Канады и Венесуэлы. Тем не менее, для использования и экспорта сырья необходимо, чтобы оно соответствовало определенным требованиям по экологической безопасности и чистоте. С каждым годом эти требования становятся жестче, поэтому нужны новые технологии избавления от примесей. В связи с этим проблема создания эффективного метода очистки нефтепродуктов от сероорганических соединений имеет высокое значение, поскольку они снижают качество топлива и при сгорании загрязняют окружающую среду.
Чтобы избавиться от примесей, нефтеперерабатывающие предприятия используют специальные высокопористые системы — катализаторы. Они «улавливают» ненужные соединения и помогают им вступить в химическую реакцию, благодаря которой побочные продукты либо превращаются в газ и улетают, либо отделяются от топлива и могут быть отмыты водой. Однако катализаторы дорого стоят, а при их производстве возникает множество токсичных соединений. Важной задачей при создании новых катализаторов служит переход к более эффективным, экологически чистым и дешевым материалам.
Коллектив ученых из Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук (Москва), МГУ имени М.В. Ломоносова (Москва), Института физики Казанского федерального университета (Казань), Казанского института биохимии и биофизики (Казань) и Белгородского государственного университета (Белгород) разработал эффективную каталитическую систему на основе железосодержащих порошков фосфатов кальция с включениями молибдена. Для осуществления химической реакции на частицах концентрировалась перекись водорода, которая окисляла серосодержащие молекулы до легковымываемых форм и превращалась в воду.
Микрофотография молибден-импрегнированного катализатора на основе железосодержащего гидроксиапатита
Для создания нового катализатора авторы синтезировали частицы фосфатов кальция размером около 10‑20 нанометров, образующие пористые агломераты. Форма порошка была предложена из-за высокой суммарной площади поверхности, которая позволяет взаимодействовать с большим количеством молекул примесей. Помимо соли кальция катализатор содержал активные включения железа и молибдена.
Оказалось, что уже при температуре 70˚С с помощью разработанного катализатора можно за 25‑30 минут окислить наиболее устойчивую примесь в топливе — дибензотиофен. Проверка очищенного топлива показала, что синтезированные порошки окисляют 100 процентов сероорганических соединений. Предложенный метод в отличие от традиционных не требует применения взрывоопасного водорода, а также высоких температур и давлений.
«Мы показали принципиальную возможность создания высокоэффективной и безопасной системы очистки нефтепродуктов. Интересно, что за основу был взят материал на основе фосфатов кальция, который широко применяется в медицине для инженерии костной ткани. Кто бы мог подумать, что он покажет себя как эффективный катализатор, способный обеспечить практически абсолютную очистку топлива. Наше исследование имеет большое практическое значение, и мы надеемся, что эта разработка будет внедрена в реальный сектор экономики», — прокомментировал руководитель работы Владимир Комлев, доктор технических наук, член-корреспондент РАН, профессор РАН, директор ИМЕТ РАН.
Фото: Маргарита Гольдберг
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда
