Novi materijal donosi revoluciju: Pretvara tešku naftu u visokovredna goriva

T. B.
T. B.    
Čitanje: oko 3 min.
  • 0

Naučnici su razvili inovativni alumosilikatni zeolit, ZMQ-1, sa jedinstvenim sistemom ukrštenih mezo-mikropornih kanala, što obećava da će značajno unaprediti katalitičke procese u petrohemijskoj industriji. Ovaj napredni zeolit može da prevaziđe dugogodišnje izazove u dizajnu tradicionalnih zeolita, kao što su ograničenja u veličini pora, stabilnosti i katalitičkoj efikasnosti, piše SciTech Daily.

Objavljen u časopisu Nature, ZMQ-1 predstavlja prvi alumosilikatni zeolit sa povezanim intrinzičnim mezoporama, što otvara vrata za efikasnije i održivije hemijske procese.

Zeoliti su kristalni materijali koji se koriste u industrijama kao što su jonizacija, adsorpcija i kataliza. Njihova mikroporna struktura omogućava im da efikasno reše specifične hemijske reakcije, ali to takođe ograničava njihovu primenu u obradi većih molekula. Naime, mikropore koje se nalaze u tradicionalnim zeolitima nisu dovoljne za efikasnu obradu većih molekula, kao što su ugljovodonici u teškoj nafti.

Da bi rešili ovaj problem, istraživači su razvili ZMQ-1, zeolit sa unutrašnjim mezo-porama većim od 20 Å (Angstroma), što je dovoljno da omogući efikasnu obradu većih molekula. Međutim, ključna prednost ZMQ-1 u odnosu na prethodne pokušaje stvaranja mezopornih zeolita leži u njegovoj stabilnosti i kiselosti. Naime, raniji pokušaji su se susretali sa problemima kao što su smanjenje stabilnosti i gubitak kiselosti kada su mezopore uključene u strukturu. U ZMQ-1, ovi problemi su prevaziđeni zahvaljujući upotrebi fosfonijumske organsko-strukturne usmeravajuće supstance (OSDA).

Fosfonijumski agens, koji se koristi za sintezu ZMQ-1, poseduje jači pozitivni naboj u poređenju sa tradicionalnim amonijumskim agentima, što omogućava stabilniju sintezu mezopornih struktura. U procesu sinteze korišćen je hidrotermalni proces koji omogućava kontrolisani odnos silicijuma i aluminijuma (Si/Al), što omogućava prilagođavanje ZMQ-1 za specifične industrijske primene.

Jedan od najvažnijih aspekata ZMQ-1 je njegov jedinstveni dizajn, koji uključuje povezane 28-prstenaste mezo-pore, što nije bio slučaj kod prethodnih mezopornih materijala. Ove pore su povezane mikropornim prozorima sa 10 prstenova, formirajući efikasan kanalski sistem. Ovaj inovativni dizajn omogućava difuziju i malih i velikih molekula, što rešava ograničenja difuzije kod tradicionalnih zeolita. Na ovaj način ZMQ-1 omogućava efikasno katalitičko krekovanje teške nafte, proces koji je od ključne važnosti za petrohemijsku industriju.

Struktura ZMQ-1 je detaljno analizirana pomoću trodimenzionalne elektronske difrakcije (3D ED) i skenirajuće transmisione elektronske mikroskopije (STEM), što je omogućilo istraživačima da precizno mapiraju raspored pora i veza unutar materijala. Ove analize su otkrile kako su mezo-pore sa 28 prstenova povezane mikropornim kanalima, čime se omogućava efikasna difuzija molekula i optimizacija katalitičkih reakcija.

Jedan od najvažnijih testova za ZMQ-1 bila je njegova primena u katalitičkom krekovanju vakuumskog gasnog ulja (VGO), ključne sirovine u procesu prerade nafte. Istraživači su uporedili performanse ZMQ-1 sa komercijalnim zeolitima kao što su USY i Beta, kao i sa popularnim mezopornim molekularnim sifonima, poput MCM-41. Rezultati su pokazali da je ZMQ-1 postigao visoku stopu konverzije VGO-a, uporedivu sa komercijalnim zeolitima, ali sa značajno boljim performansama u pogledu stabilnosti i efikasnosti.

Zanimljivo je da je ZMQ-1, koji sadrži fosfor, imao dvostruko veću selektivnost za proizvodnju dizela u poređenju sa komercijalnim zeolitima, uz znatno manju formaciju koksa, nusprodukta koji često ometa rad katalizatora. Ova kombinacija višeg prinosa dizela i smanjenog stvaranja koksa omogućava ZMQ-1 da postigne impresivnu ukupnu selektivnost goriva (benzin i dizel zajedno) od čak 80%. Ovaj rezultat predstavlja značajno poboljšanje u odnosu na konvencionalne zeolite i otvara nove mogućnosti za industrijsku primenu.

Ovi rezultati ne samo da potvrđuju efikasnost ZMQ-1 u katalitičkom krekovanju, već i ukazuju na njegov potencijal za primenu u širem spektru industrijskih procesa. Zahvaljujući svojoj jedinstvenoj mezo-mikropornoj strukturi, ZMQ-1 može pomoći u prevazilaženju dugoročnih izazova u istraživanju zeolita, kao što su ograničenja veličine pora, strukturna stabilnost i efikasnost u katalizi. Ovaj napredni materijal predstavlja značajan korak ka održivijoj petrohemijskoj industriji, jer omogućava efikasniju konverziju teške nafte u visokovredna goriva, smanjujući istovremeno negativan uticaj na okolinu.

ZMQ-1 predstavlja veliki napredak u oblasti katalitičkog preradnog procesa, pružajući nove mogućnosti za efikasniju i održiviju proizvodnju goriva. Ovaj napredni zeolit otvara vrata za industrijske primene koje mogu značajno unaprediti efikasnost petrohemijske industrije i doprineti smanjenju negativnih ekoloških uticaja.

(Telegraf Nauka / SciTech Daily)

Video: Svečana dodela priznanja projektima građanskih naučnih istraživanja

Podelite vest:

Pošaljite nam Vaše snimke, fotografije i priče na broj telefona +381 64 8939257 (WhatsApp / Viber / Telegram).

Nauka Telegraf zadržava sva prava nad sadržajem. Za preuzimanje sadržaja pogledajte uputstva na stranici Uslovi korišćenja.

Komentari

  • Eur: <% exchange.eur %>
  • Usd: <% exchange.usd %>