Получение углеродных графитоподобных наноматериалов при переработке отходов на основе асфальтенов

Abstract

Актуальность исследования обусловлена возрастанием потребления нефтепродуктов и увеличением количества нефтяных отходов и остатков, в составе которых могут содержаться значительные количества высокомолекулярных гетеросодержащих компонентов асфальтенов и смолы. Стоит отметить, что асфальтены слабо подвержены биоразложению. Традиционно во многих странах способом утилизации нефтесодержащих отходов является способ их захоронения, но такой способ утилизации нежелателен, так как требует использования новых земельных участков и в конечном счете может нанести вред окружающей среде. В связи с этим возникла необходимость в поиске нового способа утилизации нефтяных отходов с возможностью получения из них ценных продуктов, которые могут быть применены в различных областях промышленности и хозяйственной деятельности, что в конечном итоге увеличит глубину переработки нефти. Цель: синтез углеродных графитоподобных наноматериалов методом плазменной переработки асфальтенов с получением потенциально полезной смеси газов, содержащей водород и метан. Объекты: высокомолекулярная фракция асфальтенов, выделенных экстракцией горячим ацетоном из природного асфальтита. Методы: плазменная переработка, рентгенофазовый анализ, растровая и просвечивающая электронная микроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния. Результаты. Представлены результаты экспериментальных исследований, посвященных плазменной переработке асфальтенов (основных компонентов тяжелых и остаточных нефтей большинства нефтяных отходов), совмещенной с процессом получения углеродных графитоподобных микро- и наноструктур. В ходе плазменной переработки формируется углеродный материал со структурой графита. По данным просвечивающей электронной микроскопии в продуктах синтеза идентифицированы три основные наноразмерные морфологические типа: углеродные нанотрубки, полиэдрический графит и луковичные структуры. Таким образом, работа вносит вклад в развитие технологий декарбонизации в жизненном цикле углеводородных отходов и технологий получения углеродных наноматериалов.

The relevance of the study is caused by the increasing consumption of petroleum products and increasing amount of oil waste, which contains asphaltenes, the heaviest components of oil. Asphaltenes are poorly biodegradable. In many countries landfill is traditionally the method of oily waste disposal, but this method of disposal is undesirable as it requires the use of new land and may ultimately be harmful to the environment. The need has therefore arisen to find a new way of disposing oil waste, with the possibility of obtaining valuable products from it that can be used in various industrial and economic activities, which will ultimately increase the depth of oil processing. The main aim of the research is to synthesize carbon graphite-like nanomaterials by plasma recycling of asphaltenes to produce a potentially useful gas mixture containing hydrogen and methane. Objects: high molecular weight fraction of asphaltenes isolated by hot acetone extraction from natural asphaltite. Methods: plasma recycling, X-ray phase analysis, scanning and transmission electron microscopy, Raman spectroscopy. Results. This paper presents the results of experimental studies on plasma recycling of asphaltenes (the main components of heavy and residual oils, most oil wastes) combined with obtaining carbon graphite-like micro- and nanostructures. In the course of plasma processing, carbon material with graphite structure is formed. Based on the data of transmission electron microscopy, three main nanoscale morphological types are identified in the synthesis products: carbon nanotubes, polyhedral graphite and onion-like structures. In this way, the work contributes to the development of decarbonization technologies in the life cycle of hydrocarbon wastes and technologies for the production of carbon nanomaterials.