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科学家将原油溶解在水中以研究其成分

2019-07-19 09:44:35国内科研

来自MIPT,Skoltech,俄罗斯科学院高温联合研究所和罗蒙诺索夫莫斯科国立大学的研究人员报告了一种新的石油成分分析方法。他们使用高温高压将油溶解在水中并分析其成分。新方法符合绿色化学原理,因为它不需要对环境有害的溶剂。该论文发表在分析和生物分析化学。

原油几乎从未以原始形式使用。但有必要了解其精确的成分,以使精炼尽可能高效。原油由超过100,000种化合物组成,样品的确切成分根据其提取的领域而变化。原油的极端复杂性使得不可能分离成单独的化合物。较重的馏分在300摄氏度下是非挥发性的,尚未得到适当的研究。已知它们主要由酚,酮,咔唑,吡啶,喹啉,二苯并呋喃和羧酸组成。除此之外,来自某些油田的原油也可能含有硫化合物。许多碳氢化合物具有相同的配方,具有相同数量的碳,氢和碳氧原子,但它们的排列不同,即它们是异构体。

截然不同的结构显然表现出不同的化学性质。较重的碳氢化合物由许多原子组成,这意味着每种化合物具有更多的结构可变性。

质谱法提供有关物质的元素组成及其分子量的信息,但通常无法区分不同的异构体。这些信息可以通过同位素交换分析获得。该方法基于以下事实:取决于哪种特定化合物构成原油或一些其他样品,氧和氢原子将花费或多或少的时间用其同位素替换 - 基本上相同的元素,但具有不同的质量。水是最容易获得的,也是最清洁的同位素来源,但在正常条件下油不溶于水,因此必须使用强效酸和碱。但酸往往会分解有机化合物,特别是在高温下,从而改变样品的成分。

然而,已知不溶于水的化合物可以在显着超过100℃的温度下溶解在过热或超临界水中,因此决定将该方法应用于原油。研究人员证明,通过提高温度和压力可以获得水基原油溶液并分析其成分。在高于300atm的压力下将样品在重水(其中氢被氘代替)中加热至360℃ 持续1小时。

研究人员比较了同位素交换反应后原始样品和样品的质谱。收集的数据提供了关于包含原油的化合物结构的更多信息。该方法可用于在分子水平上研究其他复杂的非极性化合物。

“同位素标记可能只被纳入分子中的特定位置,类似于锁定和关键模型,”Skoltech教授和MIPT Eugene Nikolaev说道,他也是Skoltech质谱实验室的负责人。“我们可以通过使用高分辨率质谱法分析分子结构来测量汇率,即使不可能分离单个化合物并用其他方法识别它们的结构。”

“轻质原油储备正在枯竭。燃料油的加氢裂化,其特点是其高度复杂和研究不足的分子结构,在汽油生产中发挥着越来越大的作用。加氢裂化器价格昂贵,它们不是在俄罗斯生产的,它们需要使用特殊催化剂。我们已经找到了一种方法来识别原油中的呋喃,吡啶和环烷酸,而不必采用复杂的蒸馏工艺,“该论文的作者之一,高级研究员Yury Kostyukevich说道。 Skoltech和MIPT实验室。“我们希望我们的研究有助于更好地了解原油 结构和组成,有助于开发更高效的炼油新催化剂,并改善干线管道系统的油质监测。“

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