7
ноября
2022
год
Команда ученых Сургутского госуниверситета активно исследует новые технологии переработки тяжелых нефтяных остатков для производства новых материалов
В проекте, посвященном исследованию состава и свойств смолисто-асфальтеновых компонентов тяжелых нефтяных остатков и изучению возможности их использования в качестве сырья для производств новых материалов, подводятся итоги работы за год.
В проекте, посвященном исследованию состава и свойств смолисто-асфальтеновых компонентов тяжелых нефтяных остатков и изучению возможности их использования в качестве сырья для производств новых материалов, подводятся итоги работы за год.
В условиях новых экономических и геополитических вызовов все большее внимание ученые уделяют проблемам рационального природопользования в нефтяной отрасли и технологиям «зеленой энергетики будущего», которые предполагают переход к неуглеводородным источникам энергии и снижению углеродного следа в производстве нефти и продуктов нефтепереработки.
Разрабатываемая в проекте технология получения новых углеродных материалов из смолисто-асфальтеновых веществ, содержащихся в тяжелых нефтяных остатках, обеспечивает рациональный способ использования нефтяных остатков путем их физико-химической трансформации в ценные материалы, а также способствует снижению углеродного следа от традиционного использования их в качестве углеродного топлива.
Руководитель проекта, директор Института естественных и технических наук Юлия Петрова, кандидат химических наук, поясняет: «На текущем этапе работы в проекте были изучены асфальтены разного генезиса, выделенные из природного битума и нефти Среднеугусткого, Русского и Венесуэльского месторождений. Были выявлены закономерности в зависимости от генезиса исходного образца на получаемый углеродный материал».
Исполнителями проекта доказана принципиальная возможность получения графитоподобных углеродных материалов из асфальтенов различной природы в плазме дугового разряда постоянного тока, инициированной в открытой воздушной среде, а также определены параметры работы реактора с максимальным выходом газов и минимальными энергозатратами (время 30 с, ток 100 А, мощность ≈ 2,9 кВт, энергия ≈ 123 кДж).
Результаты исследования были опубликованы в научном журнале «Materials Today Communications».
Юлия Юрьевна назвала основные закономерности, которые удалось выявить при изучении физико-химических параметров:
• при обработке асфальтенов обнаружены углеродные наноструктуры (нанотрубки, нанолуковицы и полиэдрический графит с размерностью частиц от ~20 до ~100 нм), отраженные на рисунках;
Рис. 1. Результаты ПЭМ образца CMAS:
A) панорамное изображение синтезированного продукта,
B) типичная электронная дифракционная картина,
С) изображение частиц с прямым разрешением с указанными межплоскостными расстояниями.
Рис.2. Результаты SEM синтезированного продукта CMAS:
А) панорамное SE-изображение,
B) панорамное BSE-изображение,
C) SE-изображение при большем увеличении,
D) BSE-изображение при большем увеличении.
• установлено, что происходят процессы окислительной деструкции молекул асфальтенов по наиболее лабильным связям углерод-гетероатом и углерод-углерод, происходит формирование различных аллотропных модификаций углерода, среди которых важное место занимает полиэдрический графит;
• при использовании менее термически устойчивых нефтяных асфальтенов образуются углеродные материалы, которые имеют несколько меньшую термическую стабильность.
Важно отметить, что свойства получаемых в результате плазменной обработки углеродных материалов напрямую зависят от свойств, состава и структуры исходных асфальтенов.
В планах наших ученых до конца года изучить изменения фракционного состава, поскольку это может быть связано с особенностями их структуры, в частности, с различным содержанием гетероатомов, а также с характерными чертами макромолекулярной организации.
Работа проводится при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 22-13-20016) на базе Сургутского государственного университета и Томского политехнического университета.
