Сотрудники кафедры физической и коллоидной химии Губкинского университета совместно с учеными из Технологического университета Цилу (г. Цзинань, Китай) и Казанского федерального университета изучили образование и разложение гидрата метана на поверхности микрофибриллярной целлюлозы и ее композитов с полиакриламидом.
От Губкинского университета в работе приняли участие старший научный сотрудник Андрей Стопорев; ведущий научный сотрудник, доцент Антон Семенов; аспирант Инхуа Гун; старший научный сотрудник Кирилл Чередниченко; ведущий научный сотрудник, доцент Андрей Новиков; главный научный сотрудник, заведующий кафедрой физической и коллоидной химии Владимир Винокуров.
Газовые гидраты являются соединениями переменного состава, которые образуются при взаимодействии газов (углеводороды С1-С4, диоксид углерода и др.) и воды при определенных температурах и давлениях. Образование гидратов при добыче и транспортировке нефти и газа может приводить к аварийным ситуациям и значительным экономическим потерям. В одном объеме гидрата содержится до 180 объемов метана. Благодаря этому можно хранить и перевозить газ при атмосферном давлении и умеренно низкой температуре (-20 °С), что является альтернативой сжатому или сжиженному газу.
Процесс образования гидратов обычно происходит на границе раздела «газ – вода». После того, как эта граница покрывается слоем гидрата, скорость дальнейшего роста резко снижается. Ускорение роста гидратов – одна из главных проблем развития гидратных технологий. Решить эту проблему помогают носители воды – хорошо смачиваемые пористые или волокнистые материалы. Сравнение носителей по содержанию метана на единицу массы показало, что микрофибриллярная целлюлоза (МФЦ) в 4 раза эффективнее, чем природные материалы – кремнезем и глина (галлуазит) и сравнима с синтетическими металлоорганическими каркасами. Конверсия воды в гидрат метана на поверхности МФЦ даже без перемешивания достигала 70–90 % за 100–200 минут. Преимуществами МФЦ (по существу – измельченной технической целлюлозы) являются экологическая безопасность, низкая стоимость и огромные объемы производства в России.
Почему же МФЦ настолько эффективна? Микроструктура целлюлозных носителей (МФЦ и медицинской ваты) была исследована в Губкинском университете методами сканирующей электронной и лазерной конфокальной микроскопии. Большинство волокон МФЦ и ваты схожи по диаметру (10–30 мкм) и обеспечивают равномерное распределение воды по своей поверхности.
Результаты проведенного исследования опубликованы в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
