Ученые нашли вещество для эффективной очистки дизельного топлива от серы

В сфере нефтепереработки произошел значительный прорыв: коллектив ученых под руководством специалистов из института РАН разработал каталитическую систему, позволяющую почти полностью избавлять дизельное горючее от сернистых соединений. Разработка базируется на применении гидроксиапатита — недорогого и нетоксичного вещества, на поверхность которого нанесены активные ионы молибдата. Очистка запускается при добавлении перекиси водорода, которая выступает в роли безопасного окислителя и разлагается исключительно на воду. Результаты этой работы, выполненной при поддержке Российского научного фонда, были опубликованы в авторитетном издании Separation and Purification Technology.

Нефтяное сырье изначально содержит не только ценные углеводороды, но и нежелательные примеси, среди которых особенно опасны серосодержащие компоненты. При сгорании такого топлива образуются диоксиды серы, провоцирующие выпадение кислотных осадков и негативно влияющие на органы дыхания человека. Традиционная гидроочистка с использованием водорода требует экстремальных параметров — нагрева до 300–400°C и создания избыточного давления. Кроме того, этот метод бессилен против ряда устойчивых ароматических сернистых структур, что заставляет исследователей искать более совершенные и экономичные альтернативы.

Авторы новой технологии, представляющие Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН вместе с московскими коллегами из других академических учреждений, предложили катализатор, работающий в щадящих условиях. Базой для него послужил гидроксиапатит — стабильный минерал, который легко получается из доступных кальциевых и фосфатных соединений. Научный коллектив модифицировал этот носитель, пропитав его раствором с молибдат-ионами, а последующий нагрев привел к формированию на поверхности высокоактивных фосфомолибдатных кластерных структур.

Для запуска окислительного процесса потребовался реагент, способный взаимодействовать с молибденовыми кластерами и переводить серные группировки в окисленное состояние. Выбор пал на перекись водорода: этот компонент эффективно активирует каталитические центры, а единственным побочным продуктом реакции становится вода, что делает методику экологически безупречной. Испытания провели на образцах неочищенного дизельного топлива, добавляя туда полученный катализатор и окислитель, при этом температура среды не превышала 70°C, а давление оставалось атмосферным.

Экспериментальные данные показали впечатляющий результат: в течение восьмичасового цикла новая система извлекает более 99% серы, доводя качество продукта до самых жестких мировых экологических норм. Дополнительным преимуществом стала возможность многократного применения катализатора — он сохранил исходную активность как минимум после пяти последовательных циклов. Это означает, что разработка не только эффективна, но и экономически выгодна за счет низкого расхода материалов и энергозатрат.

Руководитель проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда, кандидат технических наук Маргарита Гольдберг, занимающая должность старшего научного сотрудника в лаборатории композиционных керамических материалов и биоматериалов Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН, подчеркивает, что сочетание недорогих компонентов, мягких режимов реакции и высокой производительности делает технологию готовой к масштабированию. В перспективе исследователи намерены модифицировать систему так, чтобы использовать в качестве окислителя кислород воздуха, что позволит полностью отказаться от перекиси водорода и дополнительно уменьшить себестоимость переработки.

К работе над проектом были привлечены специалисты из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН, Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН и Института нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН. Объединенные усилия ученых из нескольких ведущих центров позволяют рассчитывать на скорое внедрение этой инновации в реальный сектор топливной промышленности.