Сера в дизельном топливе — не тот ингредиент, которым стоит хвастаться. При сгорании сернистые соединения превращаются в оксиды серы. Они загрязняют воздух, могут раздражать дыхательные пути и становиться причиной кислотных дождей. Именно поэтому на нефтеперерабатывающих предприятиях топливо очищают от серы.
Но у традиционной технологии есть серьезный недостаток. Гидроочистка требует взрывоопасного водорода, температуру примерно 300–400°C и высокое давление. Кроме того, некоторые устойчивые ароматические соединения серы таким способом удалить особенно трудно.
Российские исследователи предложили пойти другим путем. Основой нового катализатора стал гидроксиапатит — минерал, который отличается доступностью, стабильностью и нетоксичностью. Его можно получать из недорогих природных соединений кальция и фосфора.
Однако сам по себе гидроксиапатит здесь не главный герой. Ученые обработали его раствором, содержащим ионы молибдата, а затем нагрели материал. На поверхности образовались активные фосфомолибдатные кластеры — именно они и участвуют в превращении сульфоорганических соединений.
Настоящий дизель, 70 градусов и минус почти вся сера
В эксперименте особенно важно то, что исследователи работали с реальным дизельным топливом, которое до этого специально не очищали от серы. То есть речь шла не только об удобной специально подготовленной лабораторной смеси.
В топливо добавляли разработанный катализатор и перекись водорода. Затем смесь выдерживали при 70°C и обычном атмосферном давлении.
За восемь часов содержание серы удалось снизить более чем на 99%. При этом перекись водорода играла роль окислителя и в ходе реакции ее излишки превращались в воду, поэтому образование вредных побочных продуктов не происходило. Еще один плюс: после пяти последовательных циклов использования катализатор сохранил активность.
Ученые пока не отменили традиционную нефтепереработку «одним махом», но показали, что глубокую очистку дизеля можно проводить в куда более щадящих условиях.
Следующий ход — заменить перекись воздухом
У разработки есть и следующий уровень сложности. Сейчас для реакции используется перекись водорода. Авторы исследования хотят создать систему, которая сможет окислять соединения серы кислородом воздуха. Такой вариант, по замыслу ученых, позволит отказаться от перекиси и дополнительно снизить стоимость процесса.
Над проектом работали специалисты Института металлургии и материаловедения имени Байкова РАН, МГУ, Института физической химии и электрохимии имени Фрумкина РАН, Института общей физики имени Прохорова РАН и Института нефтехимического синтеза имени Топчиева РАН. Результаты опубликованы в журнале Separation and Purification Technology.
Сочетание дешевых материалов, мягких условий и высокой эффективности делает разработку экономически конкурентоспособной и позволяет легко ее масштабировать.
Недавно мы рассказали, что в России из сосновой смолы создан уникальный катализатор для биотехнологий.