г.Казань, ул. Ершова, д. 29а

вернуться к новостям

Новости отрасли

ХИМИКИ СИНТЕЗИРОВАЛИ НОВЫЙ КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА
Российские ученые создали новый катализатор — вещество, ускоряющее реакцию окисления малоактивных (то есть плохо реагирующих) компонентов нефти и газа. Новый метод переработки углеводородов позволит получить такие ценные органические вещества, как альдегиды, спирты и прочее даже при относительно низких температурах и давлениях. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Organometallic Chemistry.

«Созданные нами катализаторы содержат кремний (или германий) и металлы (медь, железо, кобальт и др.) и способны без труда разрывать связи между атомами углерода и водорода в насыщенных и ненасыщенных углеводородах (являющихся основными компонентами нефти и газа), переводя их в ценные продукты: спирты, кислоты, альдегиды, эфиры, органические перекиси. Об актуальности такой тематики говорит один факт — работы по активации связей углерод-водород были в шорт-листе номинантов на Нобелевскую премию по химии 2017 года», — рассказывает один из авторов статьи, ассистент кафедры неорганической химии РУДН Алексей Биляченко.

В ходе работы ученые применяли синтетические методы, использующие способность органических производных кремния и германия формировать необычные трехмерные структуры, включающие атомы различных металлов. Такой каркас обеспечивает высокую растворимость катализатора в органических веществах и тем самым увеличивает время его действия. Кроме того, сама структура матрицы обуславливает направление «каталитической атаки» (например, окисление органической молекулы происходит строго в определенном месте).

Синтезированные катализаторы относятся к семейству металлосилсесквиоксанов — соединений в виде призматической решетки из оксида кремния или германия (по краям) и оксидов металлов (в средней части), соединенной с углеводородными циклами.

Структурные особенности и «ядерность» — число атомов металла в составе — сильно зависят от условий получения катализатора, что создает определенные сложности для исследователя. Одним из главных результатов данной работы является то, что группа определила необходимые компоненты реакционной смеси, позволяющие получить продукт с определенным количеством атомов металла (это определяет активность катализатора, а также его избирательность в отношении молекул-мишеней). В частности, при создании пяти— и шестиядерных соединений с медью и никелем показано сильное влияние на выход реакции наличия в реакционной смеси вещества пиридина.

Еще одним открытием стала возможность синтеза пятиядерных кобальтсилсесквиоксанов в присутствии доступного и широко распространенного в лабораторной работе растворителя диметилформамида. Рентгеноструктурные методы исследования позволили определить, что конечное соединение состоит из одинаковых ячей, и, следовательно, стабильно и имеет высокую точность прицела «каталитической атаки». Более того, оно обладает хорошей устойчивостью к переходам между жидким и твердым состоянием, что может быть полезно в дальнейшем практическом использовании. Эти факторы определяют увеличение времени использования и эффективность катализатора.

Со своей основной задачей — ускорением реакции окисления углеводородов нефти и газа — синтезированное вещество тоже отлично справляется (как было выяснено в экспериментах с медьсодержащими силсесквиоксанами различной ядерности). Примечательно, что данные реакции проходят при «мягких» условиях — относительно низких температуре и давлении. Это значительно упрощает их использование в качестве промышленного катализатора, так как обычная технология требует поддержания температуры в несколько сотен градусов и давления порядка десятка атмосфер при помощи сложного и дорогостоящего оборудования.

The chemical journal