Российские ученые из Федерального исследовательского центра «Институт катализа СО РАН» разработали усовершенствованный способ получения кристаллов цеолитов — материалов, широко используемых в нефтехимической промышленности. Они модернизировали метод парофазной кристаллизации, при котором формирование кристаллов цеолитов происходит под воздействием водяного пара. Это позволило добиться полного выхода целевого продукта и существенно сократить объем токсичных сточных вод, обычно образующихся в процессе производства.

Цеолиты представляют собой микропористые материалы с четкой структурой, необходимые для процессов катализа и адсорбции. В нефтепереработке они входят в состав катализаторов, применяемых при очистке нефти и производстве различных полезных фракций.

Традиционные методы синтеза для получения нанокристаллов цеолита, такие как гидротермальная обработка, требуют значительных ресурсов: больших объемов воды, продолжительного центрифугирования и дорогостоящих формообразующих добавок (темплатов). Это делает процесс энергозатратным, сложным для масштабирования и экологически рискованным из-за образования токсичных сточных вод.

Российские исследователи предложили усовершенствованный вариант парофазной кристаллизации, позволяющий устранить эти недостатки. Хотя сам метод был известен еще с 1990-х годов, ученые дополнили его этапом твердофазного смешения реагентов. Полученный гель, содержащий источники кремния, алюминия, темплат и воду, подвергался обработке парами воды в автоклаве без прямого контакта с жидкостью. Такой подход позволил увеличить выход конечного продукта до 100 %, тогда как при традиционных методах он составляет около 50 %.

По словам младшего научного сотрудника Отдела нетрадиционных каталитических процессов Алины Брагиной, развитие подобных технологий имеет важное значение для сокращения технологического разрыва между российскими производителями и зарубежными конкурентами. В настоящее время минимальный размер кристаллов цеолитов в российских образцах составляет около 1 микрометра, тогда как у иностранных аналогов — всего 300–400 нанометров.

На следующем этапе ученые продолжат оптимизацию технологии: они исследуют возможность синтеза цеолита ZSM-5 без использования темплата, а также планируют масштабировать процесс и испытать полученные материалы в реакциях каталитической гидроизомеризации и гидрокрекинга.