PNIPU

Очищенные масла из нефтепродуктов играют важную роль в производстве, поскольку служат основой для множества продуктов — от моторных смазок и промышленных масел до косметики, красок и лаков. Для их изготовления нефть очищают с помощью специального растворяющего вещества – метилэтилкетона. Он улучшает свойства масла, обеспечивает равномерное нанесение и быстрое испарение, ускоряя процесс высыхания. В России отсутствует собственное производство этого растворителя, а импорт сопряжен с высокими затратами и логистическими сложностями. Ученые Пермского Политеха разработали собственную технологию его изготовления, которая может не только снизить затраты, но и обеспечить стабильность поставок для отечественных предприятий.

Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Метилэтилкетон — это бесцветная легколетучая жидкость, которая широко используется в качестве растворителя при производстве лаков, красок, клеев. Он особенно важен для удаления примесей и парафинов из базовых масел на нефтеперерабатывающих заводах – это необходимо для улучшения свойств смазочных материалов. Он широко применяется в различных отраслях промышленности благодаря своей высокой растворяющей способности и относительно низкой токсичности по сравнению с другими аналогичными веществами. Тем не менее, в России его собственное производство в промышленном масштабе отсутствует, а импорт сопряжен со сложностями доставки и, как следствие, высокими финансовыми затратами.

Ученые Пермского Политеха разработали собственную технологию синтеза метилэтилкетона, которая позволит предприятиям нефтеперерабатывающей отрасли самостоятельно получать растворители для очистки масел.

— Производство по нашему методу состоит из двух стадий. На первой бензол (простое химическое вещество) соединяется с 2-бутанолом – разновидностью спирта. К ним необходимо добавить катализатор, который ускорит химическую реакцию – например, серную кислоту. После этого мы получим промежуточное вещество, которое затем нужно окислить с помощью воздуха. В результате образуются сразу два продукта: нужный нам растворитель метилэтилкетон, а также фенол – он необходим для очистки масел от ароматических соединений. Это выгоднее, чем производить каждый из них отдельно, — рассказывает Юлия Рожкова, научный руководитель проекта, доцент кафедры химических технологий ПНИПУ, кандидат технических наук.

Ключевое отличие этой технологии от существующих аналогов — использование химически чистого 2-бутанола, что снижает риск ненужных побочных реакций с возникновением веществ, из-за которых может потребоваться дополнительная очистка. Для сравнения, в зарубежном производстве применяются менее стабильные соединения, что приводит к снижению качества получаемого продукта.

— Планируемая цена готового растворителя — не более 250 000 рублей за тонну, что дешевле импортных аналогов. Основными потребителями метилэтилкетона и фенола станут нефтеперерабатывающие заводы. Кроме того, эти вещества востребованы в лакокрасочной промышленности и в изготовлении полимерных материалов (пластмасс), — поясняет Виталий Аделов, студент 2 курса магистратуры факультета химических технологий, промышленной экологии и биотехнологий ПНИПУ.

В будущем исследователи планируют зарегистрировать патент, участвовать в стартап-конкурсах для привлечения инвестиций, провести переговоры с потенциальными заказчиками и партнерами, а также создать пилотную полупромышленную установку.

Таким образом, проект решает сразу две задачи: снижение зависимости от импорта и повышение эффективности нефтепереработки. Технология позволяет одновременно получать и метилэтилкетон, и фенол, что делает ее экономически выгодной.

Нефть известна в первую очередь как основной источник энергии, однако она может быть и ключом к созданию эффективных лекарственных средств. Нафталанская нефть, которую добывают в Азербайджане, уже давно используется в медицине: препараты на ее основе применяются для лечения кожных заболеваний, плохо заживающих ран, проблем с суставами. Однако истощение ее месторождений заставляет искать новые запасы, не уступающие по лечебным свойствам. Старшеклассники Политехнической школы ПНИПУ под руководством ученых Пермского Политеха разработали мазь для кожи на основе нефти из месторождения Пермского края. По действию она не уступает современным мазям для лечения воспалений.

Нефть – важный современный энергетический ресурс, однако ее применение выходит далеко за рамки производства топлива. Это сырье завоевало популярность в различных отраслях: оно является основой для производства пластмасс, одежды из полиэстера или флиса, декоративной косметики (массажные масла, карандаши для губ и бровей и т.д.) и даже жевательной резинки. В том числе востребованной сферой применения нефти является медицина.

Особенной популярностью пользуется месторождения города Нафталан Азербайджанской республики, которые активно разрабатываются еще с XIX века. Нефть оттуда содержит высокую концентрацию углеводородов, нафтенов, ароматических соединений и серосодержащих веществ, которые оказывают противовоспалительное, обезболивающее и заживляющее действие. Препараты на ее основе применяются для лечения кожных заболеваний, экземы, псориаза, плохо заживающих ран и проблем с суставами. Также ее используют в составе шампуней и других косметических средств для восстановления здоровья кожи. Однако нефть – ресурс исчерпаемый, рано или поздно ее ценные запасы истощаются – именно это и происходит на сегодняшний день с месторождениями Нафталана. Поэтому необходимо искать другие подходящие источники добычи.

Старшеклассники Политехнической школы ПНИПУ и ученые Пермского Политеха обратили внимание на местную нефть, которая также проявляет целебные свойства.

– Процесс разработки мази включал несколько этапов. Сначала политехники удалили из нефти легкие компоненты (бензины, керосины, газы и т.д.) и разделили на фракции. Это делается с помощью специального оборудования – ректификационной колонны, в которой нефть нагревается, испаряется и в виде капель конденсируется при разных температурах – так и образуются фракции. Далее их нужно очистить от смол и асфальтенов, которые понижают стабильность образцов при хранении и могут вызывать аллергические реакции. Только после этого можно приступать к изготовлению мазевой композиции, в состав которой входят медицинский вазелин с добавлением 10% очищенной нефтяной фракции, – рассказывает Екатерина Баньковская, руководитель проекта, доцент кафедры «Химические технологии» ПНИПУ, кандидат фармацевтических наук.

Противовоспалительная активность мазевой композиции тестировалась на белых лабораторных крысах на модели острого воспалительного отека. На поверхность стопы животного наносили 0,3 г мази, а через 30 минут в лапу вводили раствор каррагенина – он вызывает отек и острое воспаление кожи, как при проблемах с суставами. Это позволило исследователям оценить эффективность скрининговых исследований образцов, которые содержат пермскую нефть.

– Среди выделенных нефтяных компонентов высокий результат показал образец на основе фракции с температурой кипения выше 200 градусов. По эффективности образец не уступает мазям для лечения воспалений, а также сопоставим с действием эталонного препарата «Левосин». Это делает нашу мазевую композицию перспективным средством для лечения воспалительных процессов, – комментирует Алина Юлаева, наставница учеников по проекту, магистрант факультета химических технологий, промышленной экологии и биотехнологий ПНИПУ.

Кроме того, существующие препараты имеют проблемы с доступностью. Как правило, они довольно дорогие (средняя цена может достигать 655 рублей) и не каждое средство продается в небольших городах или селах.

– Препарат будет полезен пациентам с различными кожными заболеваниями – экзема, псориаз и другие дерматологические проблемы. Как правило, эти люди ищут действенные решения, способные облегчить их симптомы, снизить зуд и воспалительные процессы, а также улучшить общее состояние кожных покровов. Кроме того, в целевую аудиторию нашего средства входят люди с ранами, ожогами или другими повреждениями кожи, – дополняет Екатерина Вахрушева, участница проекта, ученица 10 класса Политехнической школы ПНИПУ.

Разработке еще предстоит пройти доклинические исследования на разных лабораторных животных по рекомендуемым методикам. В процессе будут подготавливаться материалы для кандидатских диссертаций. После получения положительного заключения об эффективности и безопасности образцов исследователи смогут начать проведение клинических исследований и запустить многосерийное производство мази. Разработку планируют запатентовать.

Исследование пермских ученых открывает новые горизонты в использовании нефти для медицинских целей. Разработанная мазевая композиция не только эффективна, но и доступна, что делает ее перспективным продуктом для фармацевтического рынка. Дальнейшие исследования могут привести к созданию целой линейки лекарственных средств на основе нефтяных фракций, улучшающих качество жизни миллионов людей.

Хлорид калия – это ключевой компонент минеральных удобрений, широко востребованных в сельскохозяйственной промышленности. Его добывают из сильвинитовой руды, где он смешан с другими минералами, в частности с хлоридом натрия. Для их качественного разделения применяют такой реагент, как алифатические амины. В водной среде они позволяют легко и быстро освободить хлорид калия, выталкивая его на поверхность. Однако в дальнейшем часть аминов остается на минерале, что ухудшает процесс его прессования в гранулы и делает итоговый продукт менее прочным. Ученые Пермского Политеха разработали новый метод очистки хлорида калия с помощью ультразвука. Технология в 4 раза снижает содержание примеси и на 35% повышает прочность гранул. Результаты позволят оптимизировать технологию производства удобрений на калийных предприятиях.

Статья опубликована в журнале «Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология», 2025.

Более чем 80% мировой калийной промышленности для разделения хлоридов калия и натрия применяют метод пенной флотации. Он заключается в обработке руды водой со специальными реагентами – алифатическими аминами. Это вещество активно взаимодействует с частицами хлорида калия, создавая на их поверхности водоотталкивающую пленку. Далее через полученную суспензию пропускают воздух, пузырьки которого поднимают частицы на поверхность в виде пены, тогда как хлорид натрия оседает на дно. Пену собирают, сушат и прессуют в гранулы для дальнейшего использования в сельском хозяйстве в виде минеральных удобрений.

Несмотря на всю эффективность флотации, остается проблема очистки хлорида калия от аминов, которые в небольшом количестве, около 130 г/т, остаются на его поверхности. Это ухудшает процесс прессования, а также значительно влияет на прочность гранулированного продукта.

Ученые Пермского Политеха провели комплексное исследование и выяснили, как с помощью ультразвуковой обработки можно эффективно очистить хлорид калия от алифатических аминов и повысить прочностные характеристики гранул.

Суспензию хлорида калия с аминами политехники подвергали ультразвуковому воздействию частотой 30 кГц, продолжительностью 30-60 секунд и интенсивностью 20-50 Вт/см2. После обработки раствор фильтровали, а полученный кристаллический продукт сушили в печи. После чего оценивали остаточное содержание алифатических аминов, изучали особенности поверхности и элементный состав очищенных частиц.

– Результаты показали, что при интенсивности ультразвукового облучения 40 Вт/cм2 в течение 60 секунд удается максимально снизить, практически в 4 раза, концентрацию аминов в готовом кристаллическом продукте (со 130 до 32 г/т). Это происходит благодаря эффекту кавитации (микроскопических лопающихся пузырьков), из-за которого пленка аминов «отрывается» с поверхности кристаллов и переходит в раствор, – объясняет Мария Черепанова, доцент кафедры химических технологий ПНИПУ, кандидат технических наук.

Чтобы изучить, как облучение повлияло на процесс получения гранул и их прочность, политехники провели эксперимент по прессованию необработанных и обработанных ультразвуком частиц хлорида калия. Давление варьировали в диапазоне от 3 до 15 МПа при длительности выдержки под прессом от 10 до 120 секунд.

Исследователи заметили, что при прессовании необработанного минерала максимальная прочность гранул (155,8 Н) достигается при давлении 10 Мпа и длительности в 30 секунд. Обработка же ультразвуком позволяет на 35% повысить прочность продукта до 210,2 Н.

Такой результат достигается за счет того, что ультразвук активирует рост кристаллических мостиков в структуре частиц хлорида калия, что значительно ее укрепляет и усиливает. Кроме того, обработка делает поверхность минерала более шероховатой, тем самым улучшая сцепление частиц при прессовании.

Технология ученых Пермского Политеха и выявленные оптимальные параметры для обработки минерала позволяют получать более чистый и качественный продукт. Результаты могут быть использованы при проектировании технологии прессования хлорида калия на калийных обогатительных предприятиях.

Нефтяные масла и смазки используются для снижения трения и износа в двигателях, подшипниках, шарнирах, это важно для автомобилестроения и авиации. Однако их производство наносит значительный вред окружающей среде: утечки смазок загрязняют почву и воду, а их утилизация требует специальных мер. Развитие альтернативных технологий – важный шаг к снижению зависимости от нефти и защите окружающей среды. Ученики Политехнической школы под руководством ученых Пермского Политеха разработали инновационную технологию переработки жиросодержащих отходов в биоразлагаемые смазочные материалы, которые не только безопасны для природы, но и обладают улучшенными свойствами благодаря уникальным биологическим компонентам.

Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Смазочные материалы на основе нефтепродуктов играют ключевую роль в промышленности и транспорте. Они уменьшают трение, защищают детали от износа, коррозии и перегрева. Их используют в двигателях автомобилей и промышленного оборудования, в подшипниках, редукторах, шарнирах, в гидросистемах станков, экскаваторов и самолетов. Проблема в том, что утечки нефти на производстве загрязняют почву и воду, их утилизация требует специальных мер, а разложение нефтепродуктов может длиться сотни лет.

Не только это вредит современной экологии. Загрязняют окружающую среду и предприятия общественного питания, которые ежедневно выбрасывают большое количество отработанного масла, остающееся после жарки во фритюре или на сковородах. Многие рестораны и кафе сливают горячее масло в раковину, где оно застывает и образует плотные жировые пробки, а в холодном климате, как в России, эти отложения смешиваются с другими отходами, создавая «жировые айсберги», которые блокируют трубы. Если же масло выливают в водоемы, оно образует плотную пленку на поверхности, препятствуя газообмену, что ведет к гибели рыб и водных организмов.

Ученые Пермского Политеха совместно со старшеклассниками Политехнической школы разработали технологию, которая позволяет превращать эти отходы в полезный продукт – смазочные материалы, которые можно будет использовать вместо тех, которые сейчас изготавливаются из нефти.

– Экологически безопасный метод позволяет превращать жиросодержащие отходы сначала в эфиры жирных кислот. Эти соединения – основа для производства смазочных материалов, которые способны заменить традиционные нефтяные аналоги. Особенность технологии заключается в ее универсальности: сырьем могут служить как чистые растительные масла, так и отходы, что делает процесс экономически выгодным. Кроме того, мы используем гидрофобины — белки, выделенные из дрожжей Yarrowia lipolytica, которые улучшают вязкость и качество конечного продукта, — рассказывает Ирина Пермякова, руководитель проекта, доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ, кандидат технических наук.

Дополнительным преимуществом является переработка глицерина — побочного продукта, который остается после химической реакции, — в полезные органические кислоты, которые используют в производстве полимеров, растворителей, антифризов, косметики, фармацевтических препаратов и пищевых добавок. Это делает технологию безотходной.

Хотя технологии производства биосмазок существуют в мире, российский рынок еще не освоил подобные решения, поскольку технологическая база для их массового производства и внедрения пока недостаточно разработана. Уникальность проекта заключается в комбинации переработки отходов с применением гидрофобинов, которые повышают качество смазочных материалов без использования токсичных добавок. Кроме того, доступность сырья и безотходность процесса делают технологию конкурентоспособной.

— На данный момент нами получены эфиры жирных кислот и исследована их биодеградация, начато выращивание дрожжей и выделение гидрофобинов, разработаны биокатализаторы для переработки глицерина в органические кислоты. В ближайших планах в течение года — завершить испытания гидрофобинов, обобщить результаты и подготовить материалы для заявки на патент, — комментирует Ирина Терлецкая, участник проекта, ученица Политехнической школы.

Потребителями результатов проекта могут стать предприятия общественного питания, производители смазочных материалов, заинтересованные в экологичных альтернативах, а также малый бизнес и сельхозпредприятия, использующие технику, где требуются безопасные смазки.

Внедрение технологии ученых Пермского Политеха и учеников Политехнической школы способно существенно снизить нагрузку на окружающую среду. Биоразлагаемые смазки уменьшают зависимость от нефти и токсичность при утечках, что особенно важно для экологически чувствительных зон, а использование доступного сырья и производство дополнительных продуктов (органических кислот, кормовой биомассы) делает технологию привлекательной для бизнеса.