科学家们在新西伯利亚国立大学(NSU)成功研制出一种基于膨润土的催化剂原型。该催化剂将在有机合成领域发挥重要作用,特别是在烷基化反应的催化过程中,未来还可用于石油产品与植物油的精炼提纯。得益于催化剂表面优异的高酸性特性以及酸性位点的高可及性,该材料在烷基化反应中能够显著提高产物收率与目标化合物的选择性;而在油品净化应用中,则可提升纯化效率并延长催化剂使用寿命。这一新型催化剂的问世,将为目前供应困难、价格高昂的国外同类产品提供理想的国产替代方案。值得一提的是,该项目已在俄罗斯联邦“学生创业”竞赛中获得资金支持。
膨润土是一种天然粘土矿物,具有遇水显著膨胀的特性(膨胀率可达14–16倍)。吸水后形成的致密凝胶层能有效阻隔水分进一步渗透。凭借其卓越的吸附性能、可塑性、化学稳定性以及形成高粘度溶液的能力,膨润土在工业生产、建筑工程等众多领域已成为不可或缺的关键材料。
目前,俄罗斯国内尚未出现用于精细有机合成的同类国产催化剂,市场上仅有价格昂贵且供应不稳的国外产品。然而,俄罗斯本土拥有发展该类型催化剂的雄厚原料基础——国内膨润土储量预估超过3.4亿吨。与此同时,包括石油产品与植物油脱杂精制在内的众多工业企业对此类催化剂存在持续需求。
项目负责人拉米斯·日特凯夫介绍道:“我们开发的产品在综合性能上不仅可与国外同类产品媲美,更在多项关键参数上实现超越。例如,得益于其独特的再生能力(通过加热处理,催化剂活性可基本恢复至初始状态),其使用寿命显著延长。我们以廉价的蒙脱石黏土为原料,通过改性处理,成功制备出兼具经济性、稳定性与高催化活性的新型催化剂。”
改性工作主要围绕三个方向展开:提升材料孔隙率,以增加可用于反应的活性空间;提高酸性位点数量,增强核心催化能力;以及通过引入铝、锆氧化物“柱”结构于黏土层间,构建额外的催化活性中心。这些方法的协同作用,确保了最终催化剂的高活性与优异稳定性。
拉米斯·日特凯夫是新西伯利亚国立大学自然科学系的五年级学生,约一年前,在导师亚历山大·叶夫列莫夫(该校自然科学系研究生,同属项目团队)的指导下,他结合毕业论文研究启动了该项目。目前,团队已完成原始黏土活化实验室方法的开发,成功制备出催化剂原型,并顺利通过模型化学反应的性能测试。下一步,团队将致力于优化原型设计,并推动其实现规模化生产。团队成员还包括阿尔乔姆·波罗耶夫。
尽管该材料主要面向石油产品中烯烃的脱除应用,但它同样适用于有机合成中的基础反应——烷基化过程。在本创业项目中,开发用于烷基化反应的高效催化剂是团队当前的核心目标。
拉米斯进一步说明:“在项目第一阶段,我们计划进行催化剂的小批量试生产,目标客户为从事微量及小批量化学品研发与生产的科研机构与企业。随后,我们将逐步扩大生产规模,重点满足使用酸活化黏土的工业领域需求,特别是炼油行业。目前,多数在用的黏土催化剂使用寿命较短,这为我们具备可再生特性的技术产品提供了广阔的市场空间。此外,植物油精炼是另一个潜在的重要应用方向,该领域在使用传统黏土催化剂时也面临着类似的寿命挑战。”
团队计划将所获奖金用于购置实验试剂与设备、搭建项目官方网站以及租赁研发与生产场地。展望未来,他们致力于实现工业级酸性活化黏土催化剂的大规模生产。