Siarka w paliwach stanowi znaczący problem środowiskowy, przyczyniając się do zanieczyszczenia powietrza i kwaśnego deszczu po spaleniu. Aby to zaradzić, naukowcy nieustannie szukają lepszych sposobów usunięcia siarki z paliw kopalnych. Jedno obiecujące podejście obejmuje stosowanie specjalnie zaprojektowanych materiałów zwanych mezoporowatymi katalizatorami. Te katalizatory są jak małe gąbki z dużą ilością otworów, które pomagają im złapać i przekształcić związki siarki w nieszkodliwe substancje. To nowe badania koncentrują się na poprawie wydajności tych katalizatorów, dzięki czemu proces jest czystszy i bardziej skuteczny niż kiedykolwiek wcześniej.

Naukowcy opracowali innowacyjne mezoporowate katalizatory, które znacznie poprawiają hydrodosulfuryzację (HDS) tiofenu, związku zawierającego siarkę występującą w ropie naftowej. Zespół prowadzony przez profesora Antonio Araujo wraz z profesorem Marcio Araujo, dr Jilliano Silva i profesorem Valtera Fernandesa Jr. z Federal University of Rio Grande Do Norte; Dr Ana Coutinho z Fluminense Federal University; Profesor Joana Barros z Federal University of Campina Grande; Dr Marcelo Souza z Federal University of Sergipe; i Regina Delgado z Federalnego Rural University of Semi-Arid opublikowała swoje ustalenia w czasopiśmie Catalysts.

HydrodoSulfuryzacja jest kluczowym procesem współczesnych rafinerii, mających na celu zmniejszenie zawartości siarki w paliwach kopalnych w celu spełnienia surowych przepisów środowiskowych. Badania koncentrowały się na rozwijaniu katalizatorów zawierających kobalt i molibden wspierane na materiałach mezoporowatych, w szczególności SBA-15 i ALSBA-15. Materiały te znane są z wysokiej powierzchni właściwej i dużej średnicy porów, które zwiększają dyspersję aktywnych metali i poprawia dostęp do związków siarki podczas procesu HDS.

Profesor Araujo i jego zespół zsyntetyzowali katalizatory przy użyciu metody hydrotermalnej, a następnie współdziałanie z azotanem kobaltu i heptamolibdate. Powstałe katalizatory COMO/SBA-15 i COMO/ALSBA-15 charakteryzowano różnymi technikami, w tym dyfrakcją rentgenowską (XRD), analizy termograwimetrycznej (TG/DTG) i skaningowym mikroskopią elektronową (SEM). Analiza XRD potwierdziła obecność MOO₃Co₃O₄i Comoo₄ tlenki, które są aktywne w reakcjach HDS.

W testach laboratoryjnych te katalizatory wykazywały imponującą aktywność hydrodosulfuryzacji tiofenu w strumieniu n-heptanu, wytwarzając głównie cis- i trans-2-buten, 1-buten, n-butan i niewielkie ilości izobutanu. W szczególności nie wykryto obecności niepożądanych produktów ubocznych, takich jak 1,3-butadien i tetrahydrothiofen. Naukowcy zaproponowali mechanizm reakcji obejmujący etapy odsiarczania, uwodornienia, odwodorniania i izomeryzacji w celu wyjaśnienia zaobserwowanego rozkładu produktu.

Znaczące wyniki badania podkreślają zalety stosowania mezoporowatych materiałów jako wsporników katalizatorów HDS. „Wysoka specyficzna powierzchnia i struktura porów SBA-15 i ALSBA-15 są fundamentalne dla maksymalizacji dyspersji metali i poprawie wydajności procesów hydrodosulfuryzacji”, powiedział profesor Araujo. Katalizatory te wykazały potencjał wytwarzania ultra niskich paliw siarki, które są niezbędne do zmniejszenia emisji SOX i spełnienia standardów środowiskowych.

Naukowcy podkreślają potrzebę dalszych badań modyfikacji mezoporowatych podparcia i optymalizacji obciążenia metalu w celu zwiększenia wydajności katalizatorów HDS. Sugerują także zbadanie zastosowania innych mezoporowatych materiałów i tlenków mieszanych metalu w celu dalszej poprawy wydajności i selektywności eksploatacji.

Badanie to stanowi obiecujący krok w kierunku bardziej wydajnych i przyjaznych dla środowiska procesów hydrodoarczzacji, przyczyniając się do czystszej produkcji paliwa i zmniejszonego zanieczyszczenia atmosferycznego. Profesor Araujo i jego koledzy są optymistami co do przyszłych zastosowań swoich ustaleń, mającym na celu zrewolucjonizowanie przemysłu paliwowego za pomocą bardziej ekologicznych i skuteczniejszych technologii eksploatacji.

Referencje dziennika

Coutinho, ACSLS; Barros, JMF; Araujo, MDS; Silva, JB; Souza, MJB; Delgado, RCOB; Fernandes Jr., VJ; Araujo, jako hydrodosulfuryzacja tiofenu w strumieniu n-heptanu przy użyciu katalizatorów mezoporowatych COMO/SBA-15 i COMO/ALSBA-15. Catalysts 2024, 14, 198. DOI: https://doi.org/10.3390/catal14030198

O autorach

Antonio S. Araujo Otrzymał stopień doktora chemii inorgrycznej na University of Sao Paulo (Brazylia). Odwiedzał naukowca i stypendystę podoktoranckiego na Kent State University, jako badacz doktorek w KSU, był zaangażowany w syntezę, charakterystykę i właściwości kwasowe zeolitów i mezoporowatych materiałów na bazie krzemionki. Jego badania zainteresowania to piroliza, kinetyka i analiza termiczna degradacji katalitycznej ciężkiego oleju, pozostałości naftowych i odpadów z tworzywa sztucznego, przy użyciu zeolitów i hybrydowych materiałów mikro-mezoporowatych jako katalizatorów, z naciskiem na uzyskanie paliw i środowiska. Profesor Araujo jest pełnym profesorem Instytutu Chemii i badaczem Brazylijskiej Rady Krajowej Rady ds. Rozwoju Naukowego i Technologicznego (Brazylia) i był cytowany w książce „Who Is Who w analizie termicznej i kalorymetrii” oraz w „zweryfikowanej syntezy materiałów zeolitycznych „Pod redakcją IZA jest także konsultantem ad hoc ACS – Petroleum Research Fund. Prof. Araujo opublikował ponad 200 recenzowanych artykułów z ponad 4000 cytatów, sześcioma patentami, z indeksem H 34 i ponad 20 zaproszonymi wykładami na kongresach.

Valter J. Fernandes doktorat z chemii analitycznej z University of São Paulo, postoktoracja w dziedzinie chemii środowiska od INPE, profesor pełnego w Chemistry Institute of UFRN, koordynator laboratorium paliw i smarów UFRN-wykonawcy programu badań paliwowych i jakości w programie jakości paliw i jakości National Petroleum Agency w stanie RN, prorektor badań UFRN od 05/2011 do 08/2016, badacz w CNPQ Od 1993 r. Konsultant naukowy FINEP, FAPESP, NSF-National Science Foundation i CNPQ. Koordynator North/Północno -Wschodniej sieci Laboratoria paliw, stały profesor programów absolwentów w dziedzinie chemii oraz inżynierii materiałowej w UFRN, z ukończonymi 37 nadzorami magisterskimi i doktorancami. Autor 155 artykułów w indeksowanych czasopismach naukowych (indeks H = 25) oraz 4 patenty na aplikacje przemysłowe z listem patentowym przyznanym przez INPI. Jego główne linie badawcze to: zastosowanie nanostrukturalnych materiałów do recyklingu trzeciorzędowego polimerów. Opracowanie metod analitycznych paliw, biopaliw i ropy naftowej. Ocena i charakterystyka dodatków do paliw i biopaliw.

Zdjęcia z laboratorium araujo

Laboratorium Combutibles and Smarants (LCL) oraz laboratorium katalizy i petrochemii są powiązane z programem absolwentów chemii w Institute of Chemistry na Federalnym Uniwersytecie Rio Grande do Norte (IQ/UFRN). Laboratoria te działają bezpośrednio w obszarach ropy naftowej i petrochemicznej, mające na celu fizyczną charakterystykę ropy naftowej i pochodnych, mając na celu poprawę jakości paliw motoryzacyjnych, oprócz opracowania analitycznych metodologii przetwarzania odpadów naftowych i przemysłowych.

LCL koordynuje jeden z najważniejszych programów w Brazylii w obszarze paliw, który jest programem monitorowania jakości spalania (PMQC), który jest regulowany przez National Agency of Petroleum, Gas Natural and Biopels (ANP) . W tym programie LCL zbiera próbki paliw samochodowych w stanach RN i PB i certyfikuje ich jakość, zapewniając ważną obsługę społeczeństwu.

LCP prowadzi badania dotyczące rozwoju mikro i mezoporowatych katalizatorów do zastosowania w procesach przemysłu naftowego i petrochemicznego, mając na celu poprawę jakości paliw samochodowych. Tematy badawcze obejmują usunięcie zanieczyszczeń siarki z paliw, zastosowanie metod katalitycznych do przetwarzania odpadów przemysłu naftowego (resztki atmosferyczne, osad odlewający i próżniowy olej gazowy) oraz współtwórstwo polimerów, mające na celu recykling chemiczny w celu uzyskania ciekłego paliwa, stosując metody pirolizy termicznej i katalitycznej. Badania są przeprowadzane za pomocą sprzętu do analizy termicznej i pirolizeru sprzężonego z chromatografią i spektrometrią mas.