Kemikere syntetiserer en ny katalysator til olie- og gasbehandling

Et team af forskere fra Research Institute of Chemistry (RIC) ved RUDN University og kolleger fra store videnskabelige centre har skabt en ny katalysator, et stof, der aktiverer oxidationsprocesser i lavreaktive komponenter i olie og gas. Den nye metode til kulbrinteforarbejdning vil effektivt producere værdifulde organiske stoffer, såsom syrer og alkoholer, ved hjælp af en reaktion, der kun kræver mindre opvarmning og intet øget tryk. Resultaterne af teamets arbejde blev offentliggjort i Journal of Organometallic Chemistry .

"Katalysatorerne, vi har skabt, indeholder silicium (eller germanium) og metal (kobber, jern, kobolt, etc.). De er let i stand til at bryde bindingerne mellem carbon- og brintatomer både i mættede og umættede kulbrinter (hovedkomponenterne i olie og gas) og gøre dem til værdifulde produkter:alkoholer, syrer, og etere. Dette er et aktuelt emne-nogle værker om aktivering af carbon-hydrogenbindinger blev shortlistet til Nobelprisen i kemi 2017, "siger Alexey Bilyachenko, en af ​​medforfatterne til værket.

I løbet af deres arbejde, forskerne anvendte syntetiske metoder ved hjælp af evnen til organisk silicium og germaniumderivater til at danne usædvanlige tredimensionelle strukturer, der inkorporerer atomer af forskellige metaller. Disse rammeforbindelser er opløselige i organiske opløsningsmidler, hvilket øger aktiviteten af ​​en katalytisk partikel. I øvrigt, matrixens struktur bestemmer retningen af ​​"katalysatorangrebet" (f.eks. oxidationen af ​​et organisk molekyle er målrettet mod bestemte positioner i et reagensmolekyle).

Katalysatorerne beskrevet i arbejdet er klassificeret som prismatiske metalliske silsesquioxaner. Disse forbindelser består af et midterholdigt metalholdigt lag placeret mellem to lag af siliciumholdig cyklus. Hvert atom af silicium er forbundet med en organisk erstatning.

Strukturelle egenskaber og nuklearitet af metalsilsesquioxaner (dvs. antallet af metalatomer i forbindelsen) er stærkt afhængige af synteseforhold, der forårsager visse vanskeligheder for forskere. Et af hovedresultaterne af teamets arbejde er at bestemme nødvendige komponenter i en reaktiv blanding, der giver mulighed for at få et slutprodukt med et bestemt antal metalatomer og dermed bestemme yderligere egenskaber ved en katalysator. Nemlig, forskerne viste muligheden for målrettet produktion af pentanukleære produkter ved syntetisering af forbindelser indeholdende kobber, kobolt, og nikkelioner ved anvendelse af en velkendt heterocyklisk forbindelse pyridin. Især produkterne dannet i andre systemer var hexanuclear.

En anden vigtig opdagelse var stabiliteten i den sjældne pentanukleære struktur i løbet af overgangen fra fast stof til en løsning. Det blev demonstreret via eksemplet på en kobberholdig forbindelse. Efter udskiftning af pyridin med dimethylformamid, et opløsningsmiddel, der er meget udbredt i laboratoriearbejde, forskerne fastslog (ved hjælp af XRD -undersøgelser), at både kilden og målforbindelserne havde den samme pentanukleære struktur. Dette indikerer en ganske høj stabilitet af rammeforbindelsen, hvilket er vigtigt for at forlænge perioden for en katalysators aktivitet i en opløsning.

Katalytiske eksperimenter præsenteret i dette arbejde viser, at en pentanuclear kobberholdig forbindelse er effektiv i homogen katalysator for oxidation af sekundær alkohol (til ketoner) og alkaner (til alkylhydroperoxider) ved anvendelse af peroxider. Især disse reaktioner finder sted under milde forhold, det er, efter mindre opvarmning og uden øget tryk. De opdagede metoder til olie- og gasforarbejdning ved hjælp af kulbrinteraktivering med metalholdige forbindelser har en åbenlys fordel i forhold til de sædvanlige revner og pyrolyseteknologier, der krævede dyrt temperatur- og trykbestandigt udstyr.

"Naturligvis, de nye behandlingsmetoder åbner mange muligheder for både grundlæggende akademisk videnskab og praktisk anvendelse, "siger Alexey Bilyachenko, vicedirektør for Research Institute of Chemistry RUDN University.