Ученые из ЮРГПУ(НПИ) возводят мост между отходами и функциональными материалами! Они предлагают делать из еще вчера бесполезного углеродного вторсырья востребованные вещи. Биоразлагаемые упаковочные материалы, клеи, и даже антибактериальные медицинские повязки из растительного сырья – такие разнообразные результаты можно ждать от проекта, реализуемого в рамках гранта РНФ.

 

Проект «Функционализированные производные фуранового ряда и новые материалы на основе 5-гидроксиметилфурфурола», поддержанный РНФ в 2019-2020 годах, стал для группы ученых из ЮРГПУ продолжением успешно завершенного проекта 2016-2018 гг, что безусловно подтверждает чрезвычайную актуальность и научную значимость выбранного направления исследований. Общая научная проблема, на решение которой были направлены исследования под руководством д.х.н., профессора кафедры «Химические технологии» Н.В. Смирновой – создание технологий эффективной переработки возобновляемого растительного сырья в ценные химические вещества и продукты при сохранении экологического баланса на планете.

 

Решение такой масштабной проблемы потребовало изучения фундаментальных закономерностей каталитических процессов с участием химически сложного сырья – растительной биомассы, и создания на ее основе экологически чистых технологий производства веществ и материалов, отвечающих концепции “нулевого” углеродного цикла. Развитие данного направления позволяет решить не только текущие экологические, но и будущие энергетические и сырьевые проблемы, обусловленные истощением ископаемых ресурсов.

 

- Применение биомассы в химической промышленности – это не только будущее химической технологии, но и современное требование быстроразвивающейся промышленности. Существующие технологии переработки растительного сырья зачастую не являются рациональными и сопровождаются образованием многотоннажных отходов, представляющих собой серьёзную экологическую проблему, - рассказала руководитель проекта Н.В. Смирнова. - Так, только зерновых в 2019 г в России было произведено более 120 млн. т., а значит - столько же отходов, которые сегодня практически не используется. А есть еще подсолнечник, сахарная свекла, фрукты и т.д. Повсеместно возникающие стихийные свалки таких отходов создают высокий уровень негативного воздействия на окружающую среду в результате загрязнения почв и грунтовых вод патогенной микрофлорой, удобрениями и тяжелыми металлами.

 

Современные исследования в области переработки биомассы показали, что одним из наиболее перспективных путей химической переработки растительного сырья является его преобразование в так называемые молекулы -“платформы”, на основе которых может быть синтезировано огромное количество практически ценных химических веществ, в том числе, лекарственных препаратов, компонентов моторных топлив, а также пластиков, которые в настоящее время синтезируются из нефти.

Биополимеры, которые являются либо биоразлагаемыми, либо, по крайней мере, частично синтезированы на основе биомассы, представляют собой один из наиболее быстро растущих сегментов рынка. Так, в 2011 году мировая промышленность выработала 3,5 млн. тонн таких биопластиков, что составило 1,5 % от общего объема производства полимеров, который достигал почти 235 млн. тонн. А по оценкам нынешних производителей, доля полимеров на биологической основе к концу 2020 года должна увеличиться до 3 %, и достигнуть почти 12 миллионов тонн при ожидаемом общем объеме производства полимеров около 400 миллионов тонн.

 

- Мы тоже внесли свой вклад в создание материалов будущего, - говорит профессор Смирнова. - Научным коллективом проекта была разработана и изготовлена автоматизированная лабораторная технологическая линия синтеза биополимеров, на основе которых был создан целый спектр совершенно разных инновационных продуктов. Начиная этот проект, мы планировали создать биополимер, способный заменить полиэтилентерефталат при производстве бутылок и другой упаковочной тары. Полимер мы создали, а затем обнаружили, что его свойства не позволяют использовать его именно для литья бутылок. Однако проект получился настолько многоплановый, что в результате мы создали множество разнообразных материалов с удивительными свойствами, например, один из полученных нами сополимеров обладает великолепными оптическими характеристиками, и может быть использован для производства просветляющей оптики. На основании другого создан клей, адгезионная способность которого выше, чем у многих известных аналогов! А еще есть водопоглощающие материалы, которые еще обладают противомикробным и противовирусным действием, сорбенты тяжелых металлов. Из отходов нашего же производства мы научились делать активные угли для современных систем накопления электрической энергии, композиты и многие другие полезные вещи. Все они являются улучшенной версией материалов, производимых из нефти!

 

Несмотря на то, что полимеры, полученные из биомассы, не приносят в атмосферу избыточное количество углекислого газа, существует опасность механического загрязнения почвы и Мирового океана отходами на их основе, что на данном этапе работы многими исследователями упускается из вида. Но не командой НПИ! Для решения экологических проблем утилизации полимеров в рамках проекта нашими учеными были созданы биоразлагаемые пластики, способные к быстрой деградации под действием солнечного света. В итоге получилась двойная польза для экологии: востребованная продукция из отходов, которая после использования не засоряет окружающую среду! Говоря простым языком, это – пластик будущего: доступный, экологичный, универсальный.

 

Кроме целого спектра разработанных инновационных продуктов, командой проекта были созданы экологически-безопасные технологии их получения, в частности исследовано применение фото- и электрокаталитических методов очистки сточных вод производства и переработки 5-ГМФ. Фотокаталитические методы очистки приобретают все большую популярность в связи с тем, что они просты в исполнении и экологичны.

 

 - Но главное, мы поняли, как удивительно многообразна химия фурановых соединений, которые получаются из растительного сырья, и какие открываются перспективы по созданию прочных и легких композитов авиа- и автомобилестроения, материалов для энергетики, пластиков для нашего быта и т.д, - говорит Нина Владимировна. - И все это можно делать, перерабатывая растительные отходы сельского хозяйства, а значит - решая все нарастающие экологические проблемы.

 

Результаты проделанной работы были высоко оценены научным сообществом, что выразилось в опубликовании 10 статей за авторством нашей команды химиков, в том числе - в высокорейтинговых международных научных журналах.

 

Весь коллектив ЮРГПУ(НПИ) поздравляет Н.В. Смирнову и ее коллег с этим успехом и желает новых побед в науке!

Пресс-служба ЮРГПУ (НПИ) Фото Кристины Гайсенюк