Предварительная обработка галлуазита — глинистого слоистого минерала — поверхностно-активными веществами повышает активность и стабильность катализаторов, которые используются для получения из бионефти ценных компонентов моторных топлив. Такой вывод сделали ученые из Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина, Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова и Ростокского университета (Германия) по итогам исследования, результаты которого опубликованы в журнале Sustainable Energy & Fuels.
Одним из источников бионефти является переработка лигноцеллюлозной биомассы — растительного вещества из отходов деревообрабатывающей промышленности, которое в течение одной-двух секунд нагревается до 500-700 градусов Цельсия. Получаемый на выходе жидкий продукт выделяет мало тепла при сгорании и при этом отличается от ископаемой нефти повышенной вязкостью, кислотностью и склонностью к расслаиванию, в том числе из-за высокого содержания кислорода. Чтобы устранить эти недостатки, химики 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.
Решить эту проблему удалось ученым из Российского государственного университета нефти и газа имени И. М. Губкина, Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и Ростокского университета. Авторы синтезировали никелевые и платиновые катализаторы, нанесенные на нанотрубки галлуазита. Его поверхность модифицировали поверхностно-активными веществами, чтобы повысить гидрофобность — стремление галлуазита избежать контакта с водой. Это позволило наносить наночастицы никеля и платины во внутреннюю полость нанотрубок, где металлы защищены от воздействия воды и фенольных соединений.
Ученые изучили активность полученных катализаторов в автоклаве, где температура поддерживалась на уровне 120-180 градусов Цельсия, а давление водорода превышало атмосферное в 30 раз. В качестве модельного сырья, имитирующего состав реальной бионефти, использовались смеси фенола, анизола или гваякола с водой. Анализ продуктов реакции проводился спустя три часа после начала эксперимента.
Оказалось, что катализаторы, синтезированные на основе чистого галлуазита, отличаются низкой стабильностью и активностью при удалении кислорода из бионефти: степень превращения сырья не превышала 35 %, в том числе из-за отравляющего действия воды и фенола. В случае катализаторов на основе модифицированного галлуазита степень превращения сырья увеличивалась до 76 %, тогда как содержание кислорода снижалось с 15 % до 5 % (от массы). При этом новый катализатор долго сохранял стабильность.
«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», — цитирует Российский научный фонд Владимира Климовского, одного из авторов исследования, инженера кафедры физической и коллоидной химии РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина.
