Проблему отсутствия эффективных катализаторов для облагораживания бионефти, которые позволили бы использовать ее в качестве топлива, решили российские исследователи, создав новый катализатор из модифицированного галлуазита, 21 ноября сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу РНФ.

Команда ученых из Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина (Губкинский университет) и Московского государственного университета установила, что при обработке кислотой природного минерала галлуазита улучшаются его характеристики, важные при использовании этого минерала в качестве носителя катализаторов для переработки бионефти или ее компонентов, а именно — текстурные свойства и кислотность.

Катализаторы на основе такого модифицированного галлуазита в три раза эффективнее, чем при использовании природного минерала, удаляют кислород из бионефти растительного происхождения. После такой обработки бионефть может использоваться как компонент моторных топлив и нефтехимических полупродуктов.

Для производства бионефти используют отходы деревообрабатывающей промышленности (опилки, щепу и др.), получая из них жидкий продукт — смесь воды и углеводородов, называемую лигноцеллюлозной бионефтью.

Присутствующие в углеводородной части бионефти кислородсодержащие соединения, которых в ней до 60%, не позволяют использовать ее в качестве компонента топлив — она нестабильна при хранении и обладает низкой теплотворностью.

Чтобы сделать бионефть компонентом топлива, ее углеводородную часть гидрооблагораживают в присутствии катализаторов, удаляя кислородсодержащие компоненты.

Катализаторами гидрооблагораживания могут служить системы на основе благородных металлов, в том числе рутения. Такие катализаторы обладают высокой активностью, устойчивостью к отложению кокса и спеканию под действием высоких температур.

Однако наличие в бионефти большого содержания воды (до 30%) приводит к тому, что катализаторы на основе благородных металлов теряют свою активность, так как происходит перестройка структуры частиц активного компонента или его вымывание с поверхности носителя.

В результате оказалось, что в настоящее время нет эффективных и стабильных катализаторов для облагораживания бионефти.

Решая эту проблему, команда московских ученых предложила взять в качестве носителя катализаторов для гидрооблагораживания галлуазит — глинистый минерал с трубчатой структурой. Однако у алюмосиликатных нанотрубок галлуазита низкая кислотность, которая становится существенным недостатком при использовании их для переработки бионефти, снижая активность катализаторов на их основе.

Исследователи экспериментально установили, что предварительная обработка алюмосиликатных нанотрубок галлуазита кислотой (деалюминирование) значительно улучшает текстурные и кислотные свойства носителей и, соответственно, повышает активность катализаторов на их основе.

Выяснив зависимость физико-химических свойств алюмосиликатных нанотрубок от времени их обработки раствором серной кислоты в различных условиях, ученые смогли установить оптимальные параметры деалюминирования, позволяющие сохранить трубчатую структуру галлуазита, увеличить удельную площадь поверхности и размер внутренней полости и повысить кислотность.

Обработанный кислотой галлуазит исследователи использовали как подложку для рутений-содержащих катализаторов. Полученные образцы они применили для гидрооблагораживания модельного сырья, в котором содержался гваякол, являющийся типичным компонентом лигноцеллюлозной бионефти.

В результате эксперимента было установлено, что катализаторы на основе предварительно обработанного кислотой галлуазита в три раза эффективнее, чем аналоги с подложкой из «обычного» минерала.

Результаты исследования ученые представили в статье «Гидродеоксигенирование гваякола на галлуазитовых нанотрубках, декорированных наночастицами Ru: влияние травления оксидом алюминия на каталитические свойства и пути реакции», опубликованной в журнале Applied Catalysis B: Environmental.

Руководитель проекта, ведущий научный сотрудник Губкинского университета Александр Глотов пояснил:

«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».

Исследователи считают, что результаты этой работы будут востребованы при создании катализаторов для крупнотоннажных процессов, в том числе 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», — заключил руководитель проекта.