Radiation-induced isomerization reaction mechanism of hydrocarbons on the surface of solid acid

М.К. Ісмаїлова; І.І. Мустафаєв; С.З. Мелікова; Ф.Н. Нурмамедова; М.Х. Алієва

doi:10.15330/pcss.24.3.460-466

Автор(и)

М.К. Ісмаїлова 1Інститут радіаційних проблем Національної академії наук Азербайджану, Інститут радіаційних проблем, Баку, Азербайджан
І.І. Мустафаєв Інститут радіаційних проблем Національної академії наук Азербайджану, Інститут радіаційних проблем, Баку, Азербайджан
С.З. Мелікова 1Інститут радіаційних проблем Національної академії наук Азербайджану, Інститут радіаційних проблем, Баку, Азербайджан
Ф.Н. Нурмамедова Бакинський інженерний університет, Баку, Азербайджан
М.Х. Алієва Азербайджанський державний університет нафтової промисловості, Баку, Азербайджан

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.24.3.460-466

Ключові слова:

гамма-опромінення, наноструктури, твердий каталізатор, розгалужені структури, перетворення

Анотація

Метою статті є дослідження протікання реакції ізомеризації n-алканів нафти на поверхні твердого нанокаталізатора. У цьому експерименті вивчається ізомеризація сирої нафти з високим вмістом ароматичних вуглеводнів внаслідок радіаційного опромінення. Було виявлено, що багатий натрієм бентоніт – тверда кислота з родовища Альпоід – хороший каталізатор для переробки нафти. Методами ІЧ-Фур'є-спектроскопії та газової хроматографії досліджено можливі механізми радіокаталітичної реакції перетворення n-алканів на розгалужені вуглеводні. Передбачається, що результати, що спостерігаються, пояснюються впливом типу кислотності наноструктурованої бентонітової глини на кислотні центри Льюїса. Додаткова енергія випромінювання, яка в основному генерується за рахунок об'єму нанобентоніту, призводить до більш ефективного процесу радіолізу нафти з високим вмістом ароматичних сполук. Також досліджено динаміку дозозалежних змін кількості розгалужених вуглеводнів. Одним з основних завдань даної дослідницької роботи є підвищення ефективності перетворення енергії адсорбованого пучка у твердій фазі в систему та удосконалення реакцій ізомеризації вуглеводнів у сирій нафті. Результати перетворень вуглеводнів обговорюються з погляду поведінки збуджених електронів у твердих тілах. Новий екологічно чистий нанокаталізатор відкриває нові можливості для вуглеводнів із розгалуженою структурою.

Посилання

N.K. Guliyeva, F. Chichek, S.Z. Melikova et al. The influence of ionizing radiation and temperature on structural –group composition of oil deposits. Journal of Radiation Researches, 9(1), 64 (2022).

M.K. Ismayilova, Influence of energy transfer in the adsorbed state of the clay at the petroleum radiolysis under gamma- radiation at room temperature, Radiation effects and defects in solids, 175 (5-6), 472 (2020); https://doi.org/10.1080/10420150.2019.1678622.

J.W. Sutherland and A. O. Allen, Radiolysis of pentane in the adsorbed state, J. Am. Chem. Soc., .83(5), 1040(1961).

Development of the methods for processing of oil products using complex radiation –thermal treatment and radiation ozonolysis, Final report on IAEA project,Research contract 11837/RO, Almaty( 2004).

N. C.M. Marty, S. Grangeon, A. Lassin et al. A quantitative and mechanistic model for the Coupling between chemistry and clay hydration, Geochimica et Cosmochimica Acta, 283, 124 (2020); https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.05.029.

M.K. Ismayilova, F.N. Nurmammadova, S.M. Aliyev, İnfluence of CuO, Al2O3, Fe2O3 nanoparticles and γ – quanta on crude oil transformation: the role of concentration and structure effects, Journal of Radiation Researches, 6(2), 5 (2019).

L. Whittaker, Luis R. Comolli, Benjamin Gilbert et al. Layer size polydispersity in hydrated montmorillonite creates multiscale porosity networks, Applied Clay Science, 190(1), 105548 (2020); https://doi.org/10.1016/j.clay.2020.105548.

A. Dhar, R.L. Vekariya and P. Bhadja, n-Alkane isomerization by catalysis - a method of industrial importance: an overview, Cogent Chemistry, 4(1), 1514686 (2018); https://doi.org/10.1080/23312009.2018.1514686.

J. Taheri-Shakib, A.Shekarifard, H. Nader, Heavy crude oil upgrading using nanoparticles by applying the electromagnetic technique, Fuel, 232(15), 704 (2018); ); https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.06.023.

C.G. Fonseca, V.S. Vaiss, F. Wypych et al., Investigation of the initial stages of the montmorillonite acid- activation processusing DFT calculations, Appl.Clay Sci., 165, 170 (2018); https://doi.org/10.1016/j.clay.2018.08.012.

V.A. Arus, S. Nousir, R. Sennour et al., Intrinsic affinity of acid- activated bentonite towards hydrogen and carbondioxide, Int. J. Hydrog. Energy, 43, 7964 (2018); https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.03.034.

Z.Vryzas, V. Kelessidis, L. Nalbantian et al., Effect of temperature on the rheological properties of neat aqueous Wyoming sodium bentonite dispersions, Appl. Clay., 136, 26 (2017); https://doi.org/10.1016/j.clay.2016.11.007.

F. Cheira, Hamed I. Mira, Ahmed K. Sakr et al. Adsorption of U(VI) from acid solution on a low-cost sorbent:equilibrium, kinetic, and thermodynamic assessments, Nucl sci tech, 30, 156 (2019); https://doi.org/10.1007/s41365-019-0674-3.

A.K. Sakr, M.F. Cheira, M.A. Hassanin et al. Adsorption of Yttrium Ions on 3-Amino-5- Hydroxypyrazole Impregnated Bleaching Clay, a Novel Sorbent Material, Applied Sciences, 11(21), 10320 (2021); https://doi.org/10.3390/app112110320.

S. Chikkamath, J. Manjanna, A.Kabadagi et al. Gamma (60Co) irradiation and thermal effect on redox behavior of interlayer iron in montmorillonite, Applied Clay Science, 200, 105893 (2021); https://doi.org/10.1016/j.clay.2020.105893.

X. Li, L. Tang, N. Liu et al. Coupling of Adsorption Site and Cation Ratio Regulates the Adsorption of Cs+ and Na+ at the Surface of Clay Mineral, Applied Clay Science. 209, 106121 (2021); https://doi.org/10.1016/j.clay.2021.106121.

J. Zhua, P. Zhanga, Y. Wang et al. Effect of acid activation of palygorskite on their toluene adsorption behaviors, Appl. Clay Sci., 159, 60 (2018); https://doi.org/10.1016/j.clay.2017.07.019.

H. Parab, P. Mahadik, P. Sengupta et al. A comparative study on native and gamma irradiated bentonite for cesium ion uptake, Progress in Nuclear Energy, 127, 103419 (2020); https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2020.103419.

B. Zeynizadeh, S. Rahmani, S. Ilkhanizadeh, Strongly proton exchanged montmorillonite K10 (H+ -Mont) as a solid acid catalyst for highly efficient and environmental benign synthesis of biscoumarins via tandem Knoevenagel–Michael reaction, Polyhedron, 168, 48 (2019); https://doi.org/10.1016/j.poly.2019.04.034.

J. Cheng, R. Gu, P. He et al., Study on the uranium adsorption stability of high-dose γ-ray- irradiated clay, Applied Radiation and Isotopes, 181, 110102 (2022); https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2022.110102.

M.K. Ismayilova, Effects of gamma-irradiation on nanostructured Na-bentonite silicate layers at room temperature, Problems of atomic science and technology, 5(135), 51 (2021); https://doi.org/10.46813/2021-135-051.

G.A. Olah, The general concept and structure of carbcations on differentiation of trivalent (Classical) carbenium ions from tree-center bound penta – or tetracoordinated (“Nonclassical”) carbenium ions. The role of carbocations in electrophilic reactions, J.Am.Chem.Soc., 94(3), 808 (1972).

I.I. Mustafayev, M.K. Ismayilova, F.N. Nurmammadova, Evidence of radiocatalitic action of bentonite clay in petroleum formation: the role of dehydration reaction in hydrocarbons generation. Scientific Collection «Inter Conf», (99): with the Proceedings of the 4th International Scientific and Practical Conference «International scientific discussion: problems,tasks and prospects» (February 19-20, 2022), Brighton, Great Britain. p. 771-776; https://doi.org/10.51582/interconf.19-20, https://ojs.ukrlogos.in.ua/index.php/interconf/issue/download/19-20.02.2022/719.

T.Gruhi, T.Weinert, M.J.Rodrigues, Ultrafast structural changes direct the first molecular events of vision, Nature, 615(7954): 1-6 (2023).

C. J. Boreham, J. B. Davies. Carbon and hydrogen isotopes of the wet gases produced by gamma-ray-induced polymerisation of methane: Insights into radiogenic mechanism and natural gas formation, Radiation Physics and Chemistry, 168, 108546 (2020); https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2019.108546.