Победитель кислорода

Ученые установили, что предварительная обработка галлуазита — глинистого слоистого минерала — поверхностно-активными веществами повышает активность и стабильность катализаторов для переработки бионефти, содержащих никель или платину. Такие катализаторы позволяют получать из бионефти компоненты моторных топлив и ценные продукты нефтехимии (например, циклические углеводороды и спирты). Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Истощение запасов ископаемого топлива требует поиска новых возобновляемых источников энергии. Одним из возможных решений проблемы может стать переработка лигноцеллюлозной биомассы — растительного вещества из отходов деревообрабатывающей промышленности. Такое сырье доступно и дешево, кроме того, его переработка косвенно снижает выбросы углекислого газа в атмосферу.

Биомассу нагревают без доступа воздуха до 500–700°С в течение 1–2 секунд и получают жидкий продукт — бионефть. Однако такая бионефть отличается от ископаемой нефти повышенной вязкостью, кислотностью, склонностью к расслаиванию, а также выделяет мало тепла при сгорании. Все это объясняется высоким содержанием кислорода (до 40% по массе). Для устранения указанных недостатков химики проводят гидродеоксигенацию — удаляют из бионефти кислород с помощью катализаторов на основе металлов (никеля, платины, рутения, палладия). Однако этот процесс осложняется быстрым падением активности катализаторов из-за высокого содержания воды, органических кислот и фенольных соединений в бионефти.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Ученые из Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина (Москва), Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (Москва) и Ростокского университета (Германия) синтезировали никелевые и платиновые катализаторы, нанесенные на нанотрубки галлуазита — глинистого слоистого минерала. Его поверхность модифицировали поверхностно-активными веществами, чтобы повысить гидрофобность — стремление галлуазита избежать контакта с водой. Это обеспечило преимущественное нанесение наночастиц никеля или платины во внутреннюю полость нанотрубок, где металлы защищены от воздействия воды и фенольных соединений.

Активность полученных катализаторов химики исследовали в автоклаве с перемешиванием при температуре 120–180°С и давлении водорода в 30 раз выше атмосферного. В качестве модельного сырья, имитирующего состав реальной бионефти, использовали смеси фенола, анизола или гваякола с водой. Спустя три часа ученые проанализировали продукты реакции.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Оказалось, что катализаторы, синтезированные на основе чистого галлуазита, показали низкую активность и стабильность в процессе гидродеоксигенации модельных смесей. Так, степень превращения сырья не превышала 35% и резко снижалась уже после первого эксперимента, что связано с отравляющим действием воды и фенола. В случае катализаторов на основе модифицированного галлуазита степень превращения сырья повышалась до 76% при снижении содержания кислорода в три раза — с 15% до 5% по массе. Кроме того, существенно увеличилась стабильность катализаторов. Например, для одного из образцов платиносодержащего катализатора высокая активность сохранялась на протяжении четырех последовательных экспериментов.

«Таким образом, исследование открывает путь к получению эффективных катализаторов из отечественного сырья, поскольку месторождения галлуазита имеются на территории России: на Урале, в Оренбургской и Тульской областях. В дальнейшем мы планируем изучать активность биметаллических (содержащих одновременно два металла) катализаторов на основе гидрофобизированных нанотрубок галлуазита»,— рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Владимир Климовский, инженер кафедры физической и коллоидной химии РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Подготовлено при поддержке РНФ
Использованы материалы статьи.