Специалисты ФИЦ «Институт катализа СО РАН» при поддержке Российского научного фонда усовершенствовали процесс синтеза изоалканов — углеводородов, которые используют в качестве сырья для широкого спектра химической продукции, от топлив до косметических средств. В качестве катализатора они применили системы на основе фосфида никеля на носителе с добавлением цеолита SAPO-11, модифицированного бором. Это позволило значительно снизить температуру застывания продуктов изомеризации, а также повысить энергоэффективность процесса.
Изоалканы, или изопарафины — насыщенные углеводороды разветвленного строения, содержащие только одинарные связи. Их получают с помощью изомеризации нормальных алканов — насыщенных углеводородов с линейной цепью атомов углерода. У этих соединений сравнительно низкая температура кипения и высокая детонационная стойкость. Изоалканы используют в качестве высокооктановых компонентов топлив, в производстве растворителей, в косметической и фармацевтической промышленности.
Алканы как сырье для изоалканов синтезируют в том числе из растительных масел — их подвергают гидродеоксигенации (удалению кислорода) и изомеризации (превращению линейных алканов в разветвленные изомеры). Проблема состоит в высокой температуре замерзания линейных алканов — она может достигать +20 °C, и в российском климате их сложно использовать. Специалисты Института катализа СО РАН осуществили гидродеоксигенацию и изомеризацию в одну стадию путем использования в качестве изомеризирующей добавки к катализатору на основе фосфида никеля SAPO-11 — силикоалюмофосфатного цеолита с одномерной структурой пор, который показывает высокую активность и селективность.
«Температура замерзания алканов благодаря добавлению SAPO-11 может снизиться до -20 °C, что делает перспективным их эксплуатацию в холодном климате. Эти показатели подходят для коммерческой реализации продуктов превращения масел и жиров. В сравнении с альтернативными сульфидными катализаторами нам не нужно добавлять серу для поддержания активности, и это преимущество в плане экологической безопасности. Также мы можем проводить удаление кислорода и изомеризацию в одну стадию, что положительно сказывается на энергоэффективности процесса», — рассказывает автор исследования, научный сотрудник Отдела тонкого органического синтеза ИК СО РАН к.х.н. Иван Шаманаев.
Он добавляет, что бор в системе позволяет мягко варьировать кислотность катализатора для снижения вклада побочных реакций, из-за которых теряется целевой продукт.
В качестве модельного сырья для получения алканов ученые использовали метилпальмитат, состоящий из остатков пальмитиновой кислоты. При масштабировании он может быть заменен отработанными пищевыми маслами. В дальнейшем ученые планируют проверить эффективность катализатора на пилотном уровне, получив его в гранулированной форме.
Работы выполнены при поддержке РНФ ( грант №23-13-00151).