Наносито против соляной кислоты: в ЮУрГУ создали материал для нефти и воды

Учёные Южно-Уральского государственного университета вместе с коллегой из Москвы синтезировали два новых металл-органических каркаса. По сути, это такое «наносито» для молекул с хлором, бромом и йодом. Разработка на основе бария и иттрия может пригодиться в очистке газа, нефти и воды, а ещё помочь нефтяникам с одной из самых дорогих проблем отрасли — коррозией оборудования. Проект поддержал Российский научный фонд.

Металл-органические каркасы, или MOF-материалы, давно считают одним из самых удобных классов сорбентов: внутри у них сеть пор с очень большой удельной поверхностью. По оценкам MarketsandMarkets, мировой рынок MOF к концу десятилетия должен вырасти до сотен миллионов долларов, потому что такие структуры тестируют сразу в нескольких прикладных нишах — от хранения водорода до очистки промышленных выбросов. В России подобные работы часто остаются на уровне моделирования, а в случае ЮУрГУ исследователи не только рассчитали структуру, но и вырастили образцы в лаборатории.

Главная идея здесь в избирательности. Полученные каркасы захватывают именно те молекулы, где есть галогены, а удержание происходит за счёт устойчивых галогенных связей. При нагревании эта связь разрушается, и материал можно регенерировать и использовать повторно, а не списывать после одного цикла.

Практическое применение выглядит вполне приземлённо. В нефтедобыче такой каркас способен улавливать молекулы соляной кислоты ещё до начала технологического цикла, снижая риск повреждения резервуаров и труб. Для водоочистки интересен другой сценарий: удаление хлорсодержащих загрязнителей. Здесь речь идёт уже не про красивую лабораторную историю, а про попытку заменить импортные сорбенты и настроить материал под конкретную промышленную задачу.

Структуру и стабильность образцов подтвердили в Курчатовском институте с помощью монокристальной рентгеновской дифракции. Для MOF-материалов это важная проверка: ошибся в геометрии каркаса — и вместо рабочей структуры получился просто порошок. В мировой практике похожие материалы уже изучают для улавливания хлора и органических галогенидов, но новые бариевые и иттриевые каркасы расширяют набор доступных «строительных блоков». Если разработку доведут до пилотных испытаний, дальше всё упрётся в цену синтеза и ресурс материала в реальных промышленных циклах.