Яндекс.Метрика
11.12.2019 | 641

Сибирские ученые создают «скоростные шоссе» в катализаторах

​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

Сибирские ученые создают "скоростные шоссе" в катализаторах
Наука в Сибири (sbras.info), 11.12.2019
Сибирские ученые создают "скоростные шоссе" в катализаторах
Российская академия наук (ras.ru), 11.12.2019
Химики из Новосибирска создали долговечные катализаторы для нефтепереработки
Inline.ru, 11.12.2019
Российская нефть станет дешевле благодаря сибирским катализаторам
Pcnews.ru, 11.12.2019
Российские ученые разработали более эффективные катализаторы для переработки нефти
Популярная механика (popmech.ru), 11.12.2019
Новосибирские ученые создали долговечные катализаторы для нефтепереработки
Новосибирские новости (nscn.ru), 11.12.2019
Ученые РАН из Новосибирска удешевили переработку низкокачественной нефти
SM News (sm-news.ru), 11.12.2019
Новосибирские ученые создали долговечные катализаторы для нефтепереработки
Национальная ассоциация нефтегазового сервиса (nangs.org), 11.12.2019
Ученые РАН из Новосибирска удешевили переработку низкокачественной нефти
Seldon.News (news.myseldon.com), 11.12.2019
Сибирские ученые нашли способ сэкономить на нефтепереработке
ИА Regnum, 12.12.2019
Сибирские ученые нашли способ сэкономить на нефтепереработке
Seldon.News (news.myseldon.com), 12.12.2019
Сибирские ученые нашли способ сэкономить на нефтепереработке
SMIonline (so-l.ru), 12.12.2019
Ученые нашли способ обеспечить беспрепятственное движение молекул в катализаторах нефтепереработки
Бурение и нефть (burneft.ru), 12.12.2019
Сибирские ученые изобрели катализаторы для работы с нефтью низкого качества
Бурение и нефть (burneft.ru), 12.12.2019
Пульс дня Новосибирска
Честное слово (chslovo.com), 12.12.2019
Сибирские ученые изобрели катализаторы для работы с нефтью низкого качества
ROGTEC Magazine (rogtecmagazine.com), 13.12.2019
Российская нефть станет дешевле благодаря сибирским катализаторам
Seldon.News (news.myseldon.com), 13.12.2019
Время работы катализатора будут продлевать молекулы нефти
Нефть и Капитал (oilcapital.ru), 16.12.2019
Время работы катализатора будут продлевать молекулы нефти
Seldon.News (news.myseldon.com), 16.12.2019