Исследователи из Института неорганической химии СО РАН создали мезопористые металл-органические координационные полимеры — уникальные соединения для выделения легких алканов (метана и этана) из сложных многокомпонентных смесей. Эти углеводороды широко используют в энергетике и химической промышленности. Работы выполнены в рамках проекта по модернизации и проведению исследований на уникальной научной установке (УНУ) «Станция EXAFS-спектроскопии», который реализует ФИЦ «Институт катализа СО РАН» при поддержке государственной программы «Научно-технологическое развитие Российской Федерации».
Легкие алканы — это предельные углеводороды, к которым относятся метан, этан, пропан, бутан и др. Эти соединения играют огромную роль в энергетике и химической промышленности: их используют в качестве топлива и производства пластмасс, каучуков, синтетических волокон, моющих средств, хладагентов, растворителей и т.д.
Природный газ — ценное сырье, содержащее, помимо метана, значительные количества этана и пропана. Традиционно эти газы разделяют с помощью криогенных установок при экстремально низких температурах, однако значительные энергозатраты приводят к снижению рентабельности процесса. Ученые из Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН предложили использовать совершенно иной метод, основанный на технологии разделения газов с помощью адсорбции.
«Для выделения ценных углеводородов из сложных химических смесей мы создали высокоселективные пористые материалы — металл-органические координационные полимеры серии NIIC-20, которые называли в честь института (NIIC — Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry). Они обладают уникальными адсорбционными характеристиками, которые можно целенаправленно настраивать под определенные задачи. Технология адсорбционного разделения имеет большие перспективы для промышленного применения — она поможет экономить огромное количество энергии и упростит некоторые процессы», — рассказал заместитель директора ИНХ СО РАН по научной работе, д.х.н. Данил Дыбцев.
В одной из последних работ ученые показали, что сорбенты NIIC-20 демонстрируют высокие значения сорбционной емкости метана, этана, пропана, а также одни из лучших значений селективности. Благодаря уникальным свойствам соединений процесс разделения не требует охлаждения и имеет рекордно высокую производительность.
Для исследования и синтеза NIIC-20 применяли методы порошковой и монокристальной рентгеновской дифракции с использованием синхротронного излучения. Работы проводились на оборудовании УНУ «Станция EXAFS-спектроскопии» в Сибирском центре синхротронного и терагерцевого излучения на базе Института ядерной физики СО РАН. Модернизация уникальной научной установки, которую проводит Институт катализа СО РАН, позволяет планировать и проводить самые современные научные эксперименты. Отработанные методики и установки будут перенесены на Сибирский кольцевой источник фотонов (СКИФ).
Модернизация УНУ позволит проводить эксперименты, для которых в России пока нет приборной базы. Подробнее о возможностях для катализа, биотехнологий и материаловедения можно прочитать здесь.