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.

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.