Российские ученые оптимизировали способ очистки бионефти — биотоплива, получаемого из растительных отходов. Теперь процесс ее очистки от нестабильных соединений может быть проведен в одну стадию. Исследование опубликовано в журнале Applied Catalysis B: Environmental и поддержано грантом Президентской программы Российского научного фонда.
Бионефть — это разновидность биотоплива, которое получают из сельскохозяйственных культур или из растительных отходов лесной, бумажной или деревоперерабатывающей промышленности. Хотя бионефть выступает как альтернатива ископаемому сырью, она сильно отличается по составу от обычной нефти. В ней содержится больше воды (до 30%) и кислородсодержащих соединений (до 60%). Последние повышают кислотность бионефти, а также способствуют ее нестабильности. Из-за этого ее тяжело хранить. Для устранения кислородсодержащих соединений проводят специальную очистку бионефти, которую называют гидродеоксигенацией. В ходе этого процесса обязательно нужно применять катализаторы. Наиболее эффективны для этого сульфиды переходных металлов, к числу которых относятся никель, кобальт, вольфрам и молибден. Однако они устойчивы к действию кислородсодержащих соединений, но не воды. Поэтому перед переходом к очистке бионефти требуется удалить из нее излишки воды.
Российские ученые предложили одностадийный процесс очистки бионефти. Вместо того чтобы удалять воду из нефти, из нее можно получать водород. Этот газ используется в дальнейшем для облагораживания бионефти, в ходе чего улучшаются ее свойства. Так как непосредственно в бионефти содержится много различных компонентов, ученые использовали упрощенную модельную систему. В нее входили органический растворитель, вода и гваякол — кислородсодержащее органическое соединение, которое в больших количествах содержится в растительных отходах. В смесь также добавляли предшественники катализаторов: соли молибдена и никеля, серу. Процесс проводился при повышенной температуре, давлении и интенсивном перемешивании реакционной смеси, а длилась очистка 4–8 часов. В ходе процесса образовывался твердый катализатор и водород, а из модели бионефти удалялись кислородсодержащие вещества.
Ученые также изменяли некоторые параметры реакции, чтобы выявить оптимальные условия проведения процесса. Так, ученые исследовали влияние состава катализатора, концентрации серы, содержания воды в системе и кислорода в газе, температуры и давления. Благодаря дополнительным экспериментам ученые определили оптимальную концентрацию серы в системе — 1,5%. Наиболее удобной концентрацией воды оказалось 20–40%. Если ее было меньше указанного количества, то из нее получалось недостаточно много водорода. Если же воды было больше, то ухудшалась активность катализатора. Исследователи определили и температуру, при которой процесс протекал наиболее быстро. Она составила 380 °С.
«Полученные нами данные позволяют предложить пути усовершенствования переработки бионефти, благодаря которой из растительного сырья можно быстро и дешево получить высококачественное биотопливо. Предложенный нами способ позволяет задействовать воду, которая содержится в бионефти, в качестве источника водорода для облагораживания сырья и улучшения его свойств. Такой подход дает возможность перерабатывать бионефть, минуя стадию отделения воды. Установленные нами закономерности и механизмы открывают возможности управления процессом с получением целевых продуктов. В дальнейшем мы планируем детально исследовать особенности превращения других кислородсодержащих молекул как отдельно, так и в составе многокомпонентных смесей, что необходимо для понимания химизма процесса и его "адаптации" к реальному сырью», — прокомментировала Анна Вутолкина, руководитель проекта, кандидат химических наук, старший научный сотрудник химического факультета МГУ.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
