- Исследователи смешивают сырую нефть с водой, значительно повышая давление и температуру композиции.
- Результаты позволяют глубже исследовать структуру и состав сырой нефти.
Сырая нефть в настоящее время является наиболее ценным источником топлива и материалов, которые используются в энергетической и химической промышленности. Однако для превращения таких материалов в пригодную форму требуется ряд химических процессов.
Эффективность конечных продуктов зависит от того, сколько мы знаем о структуре и молекулярном составе образца. Для изучения сырой нефти ученые используют различные экспериментальные методы, такие как масс-спектрометрия, жидкостная и газовая хроматография, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и термогравиметрический анализ.
Несмотря на недавние успехи в таких методах и всесторонние исследования, мы все еще мало знаем о структуре отдельных молекул в низколетучих компонентах сырой нефти и тяжелых нефтяных фракциях.
Теперь команда российских исследователей во главе с Московским физико-техническим институтом (МФТИ) изобрела новую методику анализа состава сырой нефти. Он не содержит никаких экологически опасных растворителей и соответствует принципу зеленой химии.
Сырая нефть содержит более 100 000 соединений, и из-за ее внутренней сложности очень трудно разделить отдельные соединения. Точный состав сырой нефти варьируется в зависимости от места ее добычи.
Хотя многие углеводороды имеют одинаковую формулу [с одинаковым количеством атомов кислорода, водорода и углерода], они расположены в разных порядках. Таким образом, каждая структура (изомер) проявляет различные химические свойства.
Для оценки элементного состава веществ и их молекулярной массы ученые используют масс-спектрометрию. Но одного этого метода недостаточно, чтобы различать разные структуры.
Для получения такой информации можно использовать специальный метод, называемый анализом изотопного обмена. Однако, чтобы использовать эту технику, соединения сырой нефти должны быть растворены с некоторыми другими изотопами, которые имеют другую массу.
Наиболее подходящим и легкодоступным источником будет вода, но она не растворяется в нефти при нормальных условиях. Однако хорошо известно, что воду можно смешивать в нерастворимых соединениях при температуре выше 100 градусов Цельсия.
Растворение сырой нефти в воде
Исследовательская группа пыталась смешивать сырую нефть с водой, значительно повышая давление и температуру композиции. Они нагревали образец до 360 градусов Цельсия в D2O (вода, которая содержит дейтерий вместо водорода) при давлении 300 атм в течение одного часа.
Они обнаружили, что масло эффективно растворяется в перегретой воде, и образец (после реакции изотопного обмена) теперь можно легко анализировать.
Результаты позволяют глубже исследовать структуру и состав сырой нефти. Этот метод также может быть использован для изучения других сложных неполярных образцов на молекулярном уровне.
Теперь ученые могут обнаруживать пиридины, фураны и нафтеновые кислоты в сырой нефти с помощью масс-спектрометрии с высоким разрешением. В будущем этот метод может помочь в разработке новых катализаторов, которые могут дополнительно улучшить процесс переработки нефти и улучшить системы контроля качества масла в магистральных трубопроводах.