- В ходе исследования нефть смешивается с водой под воздействием повышенного давления и температуры.
- Полученные данные дают возможность углублённо изучить строение и состав сырой нефти.
Сырая нефть сейчас – самый важный источник топлива и материалов для энергетики и химии. Но для переработки этих веществ в удобные формы нужно много химических операций.
Узнавание структуры и состава вещества влияет на качество получаемых продуктов. Ученые применяют разные эксперименты для анализа сырой нефти: масс-спектрометрию, жидкую и газовую хроматографию. хроматографияРентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, а также термогравиметрический анализ.
Вне зависимости от достижений в методиках и обширных исследований, знания о строении отдельных молекул в труднолетучих компонентах сырой нефти и тяжёлых фракций остаются недостаточными.
Команда российских учёных, возглавляемая Московским физико-техническим институтом, разработала новый способ анализа состава сырой нефти. Методика безопасна для окружающей среды и соответствует принципам зелёной химии, так как не использует вредные растворители.
В сырой нефти насчитывается более ста тысяч соединений, что обуславливает сложность разделения её компонентов. Состав сырой нефти отличается в зависимости от месторождения.
Многие углеводороды обладают одинаковой формулой (одинаковым количеством атомов кислорода, водорода и углерода), но располагаются в разном порядке. Каждая структура (изомер) демонстрирует различные химические свойства.
Для определения химического состава веществ и вычисления их молекулярной массы применяют масс-спектрометрию. Однако этот метод не позволяет различить различные структуры.
Для получения необходимой информации применимо специализированное исследование — анализ изотопного обмена. изотопами, которые имеют другую массу.
Вода — самый доступный источник, однако при обычных температурах не растворяется в нефти. Известно, что при нагревании свыше 100 градусов Цельсия воду можно смешивать с ней в нерастворимых соединениях.
Растворение сырой нефти в воде
Группа исследователей смешивала сырую нефть с водой, увеличивая давление и температуру смеси. Образец нагревался до 360 градусов Цельсия в D2O (воде с дейтерием вместо водорода) при давлении 300 атм в течение часа.
Обнаружили, что масло эффективно растворяется в перегретой воде, а образец (после реакции изотопного обмена) теперь легко поддаётся анализу.
Полученные результаты дают возможность более углубленно изучить структуру и состав исходной нефти. Данный метод применим для исследования других сложных неполярных образцов на молекулярном уровне.
Ученые теперь обнаруживают пиридины, фураны и нафтеновые кислоты в сырой нефти с помощью масс-спектрометрии с высоким разрешением. Этот метод может помочь в создании новых катализаторов для улучшения переработки нефти и контроля качества масла в трубопроводах.