Цивилизация
Российские ученые разработали новые катализаторы на основе сульфидов переходных металлов и оксида алюминия. Эту классическую композицию авторы дополнили высокопористым оксидом кремния — в результате число активных центров катализатора увеличилось. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Catalysis Today.
Проблемы экологии в наши дни заботят многих — это не просто дань моде, но попытка сохранить окружающую среду в условиях технического прогресса. Во многом помогают разработки в области химии. Так, благодаря им открываются возможности получать более экологически чистые моторные топлива с меньшим содержанием сернистых соединений. При сгорании последние превращаются в оксиды, которые в атмосфере соединяются с водой и выпадают на землю в виде кислотных дождей. Кроме того, попадание серы в почву и водоемы не способствует балансу элемента в живых системах. Однако существуют способы очистки или, как говорят, гидрооблагораживания моторных топлив. В этом помогают катализаторы, ускоряющие процессы удаления серы — гидродесульфуризации — и присоединения к непредельным связям водорода — гидрирования. Чаще всего это сульфиды переходных металлов (молибдена или вольфрама с повышающими активность соединения добавками кобальта и никеля) на оксиде алюминия. Ученые стремятся улучшить такие катализаторы либо модифицируя активные центры, на которых и протекают химические реакции, либо совершенствуя применяемые носители, на которых находится активная фаза катализатора.
Сотрудники РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина совместно с коллегами из МГУ имени М. В. Ломоносова и Самарского государственного технического университета разработали новые катализаторы. Они представляют собой наноструктурированный композитный материал. В основе, как и в классическом варианте, лежит оксид алюминия, но с добавкой упорядоченного высокопористого оксида кремния, благодаря чему значительно увеличивается площадь активной поверхности.
Авторы работы охарактеризовали свойства разработанных катализаторов при помощи широкого набора современных физико-химических методов исследования, таких как: низкотемпературная адсорбция азота (для определения текстурных характеристик катализатора), термопрограммируемая десорбция аммиака (для определения кислотных свойств носителя), а для описания активной фазы использовали методы просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Кроме того, специалисты проверили эффективность катализатора в реакциях гидрообессеривания и гидрирования.
Оказалось, что использование катализатора на основе наноструктурированного композитного носителя позволяет ускорять целевые реакции примерно в два с половиной раза — по сравнению с катализатором на обычном оксиде алюминия. Это связано с большей дисперсностью активной фазы катализатора, то есть увеличением числа доступных активных центров на которых и происходят химические превращения.
«Разработка новых отечественных катализаторов для нефтепереработки критически важна для решения задач импортозамещения. Также она способствует созданию новых наукоемких рабочих мест на отечественных производствах. Наконец, технологии помогут получать более чистые моторные топлива, что улучшит экологию крупных городов», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Александр Глотов, кандидат химических наук, старший научный сотрудник РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина.
