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 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 для 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. 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), который планируется запустить в конце 2024 года.

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Соглашение № 075-15-2022-263). Исследования проводились с использованием оборудования УНУ «Станция EXAFS спектроскопии» в Сибирском центре синхротронного и терагерцевого излучени на базе Института ядерной физики СО РАН.

Источник: Институт катализа имени Г. К. Борескова СО РАН.