Ученые изучили состав нефти, растворив ее в воде

Исследователи из МФТИ, Сколтеха, ОИВТ РАН и МГУ предложили новый подход к исследованию состава нефти. Ученые доказали, что при повышении температуры и давления возможно получить водный раствор, и провели анализ его состава.

3 873

Выбор редакции

Метод соответствует принципам “зеленой химии”, позволяя отказаться от использования небезопасных для экологии растворителей. Работа опубликована в журнале Analytical and Bioanalytical Chemistry.

 

В чистом виде нефть практически не используется. Чтобы сделать процесс переработки максимально эффективным, необходимо знать, из каких компонентов состоит исходное сырье. В нефти их насчитывается более 400 000, причем состав образца зависит от месторождения, где он был добыт. Исключительная сложность состава не позволяет разделить нефть на отдельные компоненты.

 

До сих пор относительно мало изучены тяжелые (неулетучивающиеся при нагреве до 3000С) фракции. Известно, что в основном они состоят из фенолов, кетонов, карбазолов, пиридинов, хинолинов, дибензофуранов и карбоновых кислот. В образцах из некоторых месторождений, помимо всего вышеперечисленного, встречаются соединения, содержащие серу.

 

При этом многие углеводороды имеют одинаковый элементный состав - столько-то атомов углерода, столько-то водорода и кислорода, но разное строение, то есть являются изомерами друг друга. Например, сравнительно простое соединение C6H6 - 6 углеродов и 6 водородов, может представлять собой циклический бензол, а может - линейный гекс-1, 5-ен 3-ин.

 

Рисунок 1. Изомеры C6H6  бензол и линейный гекс 1, 5 - ен, 3 -ин

Рисунок 1. Изомеры C6H6  бензол и линейный гекс 1, 5 - ен, 3 -ин

 

Столь сильно различающиеся структуры, естественно, обладают и разными химическими свойствами. Углеводороды из тяжелых фракции нефти состоят из большего количества атомов, что дает еще больше вариантов структур для каждого соединения.

 

Метод масс-спектроскопии дает информацию о элементном составе вещества и молекулярной массе, но не всегда в силах различить изомеры. Дополнительную информацию можно получить с помощью изотопного обмена. Этот метод основан на том, что кислород (или водород) в различных соединениях, в данном случае в нефти, с разной интенсивностью замещается своим изотопом, тем же элементом, но обладающим иной массой.

 

Самый удобный и безопасный источник изотопов кислорода и водорода  - вода, однако при обычных условиях нефть в ней не растворяется, поэтому ранее применялись высококонцентрированные кислоты или щелочи. Но кислота, особенно при высоких температурах, разрушает органические соединения, тем самым изменяя состав образца.

 

Тем не менее, известно что нерастворимые в воде соединения могут быть растворены в перегретой, так называемой сверхкритической воде, температура которой значительно превышает 1000С, поэтому было решено применить этот подход и к нефти. Авторы работы доказали, что при повышении температуры и давления получить водный раствор нефти возможно, и провели анализ ее состава. Образец нагревали до 360 градусов Цельсия  вместе с тяжелой водой (в которой водород заменен дейтерием) или тяжелокислородной (кислород 16O заменен на 18O) при давлении более 300 атмосфер в течении часа.

 

Рисунок 2. Процесс растворения нефти в перегретой воде.

Рисунок 2. Процесс растворения нефти в перегретой воде.

 

Ученые сравнивали масс-спектры исходного образца и образца после реакции обмена. Полученные данные позволили получить больше информации о структуре входящих в состав нефти соединений. Подобный метод может применяться для исследования и других сложных неполярных соединений на молекулярном уровне.

Naked Science Facebook VK Twitter
Физтех
137Статей
Московский физико-технический институт (МФТИ). Блог о последних научных открытиях ученых МФТИ и других российских вузов и исследовательских центров в различных областях науки, от астрофизики до генной инженерии.
Метки:
3 873
Cсылки по теме
Комментарии
Вчера
Скупой платит дважды. Британия - не очень богатая...
Вчера
На сайте NASA сказано что это Аполлон-15 но вообще-то...

Колумнисты

Физтех
137Статей
Сколтех
58Статей
Discovery Channel
39Статей
ТюмГУ
25Статей
СФУ
14Статей
Комментарии

Быстрый вход

Или авторизуйтесь с помощью:

на сайте, чтобы оставить комментарий.
Вы сообщаете об ошибке в следующем тексте:
Нажмите Отправить ошибку