№01 январь 2023

Портал функционирует при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций.

Вторая жизнь бутылки

Учёные из Томского политехнического университета придумали технологию, как ненужный пластик превратить в новый технологичный материал.

Часто ли мы задумываемся, что станет с пластиковой бутылкой из-под кефира или газировки после того, как она окажется в мусорном ведре? Будет ли этот пластик годами лежать под солнцем или его переработают во что-то полезное? О ресайклинге, или переработке отходов во вторсырьё, известно, пожалуй, всем. А что насчёт апсайклинга? Может ли вторсырьё оказаться более технологичным материалом, чем исходное вещество? О новой технологии переработки полиэтилентерефталата рассказывает Павел Постников, доктор химических наук, профессор Томского политехнического университета.

— Павел, в недавней статье в Journal of Materials Chemistry A вы с коллегами описываете способ переработки полимерных отходов в нечто очень полезное. Это действительно так?

— Совершенно верно. В данном случае мы работали с полиэтилентерефталатом — это один из наиболее часто применяемых полимеров в современной жизни. В первую очередь это пластиковые бутылки, производимые в огромном количестве, соответственно огромное количество полимерных отходов остаётся невостребованным.

— Но ведь уже существуют методы их переработки? Из них чего только не делают…

— Да, такие методы есть, но обычно все эти процессы получения новых материалов из переработанных полимеров приводят к ухудшению качества полимера и, соответственно, он теряет в цене. В нашей лаборатории мы сейчас интенсивно работаем над переработкой полимеров в новые материалы с высокой добавленной стоимостью. Фактически мы говорим о том, что можем превратить полимерные отходы во что-то полезное и ценное для применения.

— Например?

— Например, мы превратили полимер в углеродный проводящий материал. Эта идея интересна с той точки зрения, что мы можем получать полимерные микросхемы. Технология достаточно простая, и её легко реализовать.

— Расскажите подробнее, как это работает?

— Технология двухстадийная. На первом этапе на поверхности полимера выращивается слой специального металл-органического каркаса, который получается из очень дешёвого сырья, причём одним из компонентов для его получения является терефталевая кислота, один из «кирпичиков», из которых состоит полиэтилентерефталат. После этого данный композитный материал с выращенным слоем начинает под действием лазера карбонизоваться — превращаться в углерод. Так у нас из металл-органического каркаса получается графеноподобный материал. Более того, он сам по себе начинает карбонизовать политиэлентерефталат.

В результате на поверхности полимерной подложки образуется проводящий слой, который к тому же отличается ещё одним важным свойством: представляя собой аналог чёрного тела, он очень эффективно конвертирует энергию света в тепло. Под обычным солнцем этот материал будет отлично нагреваться, что связано с огромным количеством применений.

pic2.jpg
Образец карбонизованнного материала с нанесением проводящих дорожек сложной формы. Фото П. Постникова.

Сейчас такие материалы рассматриваются как средство для обессоливания воды, что может быть актуально для солнечных стран и регионов, не имеющих собственной пресной воды. Кроме того с помощью лазера мы можем рисовать на поверхности полимера чуть ли не интегральные микросхемы. Так можно, например, делать электрохимические сенсоры.      

— Для чего это нужно?

— Формально, мы получаем платформу для широкого ряда применений. Но, вместо сложных и дефицитных технологий, подразумевающих использование металлов, мы можем использовать дешёвые отходы. Дешевизна этих отходов и простота технологии позволят существенно снизить стоимость для полезных устройств.

— А можно их использовать как обогреватели?

— Конечно. Тут возможны практически любые применения, где требуется высокая температура, получаемая под воздействием света.

— Вы сказали о лазер-опосредованной карбонизации, с помощью которой вы получаете эти материалы. Это новый метод?

— Достаточно новый. В Томском политехническом университете этот метод развивается очень активно, хотя с ним работаем не только мы. В частности, в этом направлении работает научная группа профессора Родригеса и профессора Шеремет. Они получают композитные материалы с высокой проводимостью, содержащие графен на поверхности.

— А что с безопасностью и экологичностью этих методов?

— Для получения композитного материала используется дешёвое, нетоксичное сырьё. Органические растворители, которые используются для предварительной стадии, могут быть регенерированы с использованием стандартных методов. Поэтому никакой опасности ни природе, ни людям не существует.

— Правильно ли я понимаю, что для разработки этого метода вам пришлось собирать бутылки?    

— Нет, в этот раз не пришлось, хотя у нас был и такой опыт. Когда мы начинали заниматься «умной» переработкой полимерных материалов, то, действительно, использовали бутылки. А здесь используются пластины из переработанного полимера, который, в свою очередь, делается из бутылок. Это отходы производства, которые почти ничего не стоят.

— Как вы всё это придумали?

— Ещё несколько лет назад у нас возникла идея по поводу того, как можно использовать отходы для создания новых материалов. Сейчас можно выделить отдельное направление науки и технологии, которое называется функциональный апсайклинг. На сегодняшний день мы уже привыкли к ресайклингу (рециклизации), когда мы берём отход и превращаем его в тот же продукт с той же самой стоимостью, либо качество несколько ухудшается, но зато его можно использовать повторно.

Апсайклинг означает, что мы из отходов получаем материал с более высокой добавленной стоимостью, чем его предыдущее применение. Это направление зародилось недавно, работ на эту тему пока немного, но идея с точки зрения экономики, на мой взгляд, очень яркая. Если мы напрямую из отходов можем получать полезные материалы, то это очень выгодно для практического применения.

— А что именно можно из них сделать?

— Возможности почти безграничны. Когда, например, мы работали с бутылками, то придумали, как их можно использовать в качестве адсорбентов, новых катализаторов, а также написали работу, как можно делать сорбенты для нефтяной промышленности на основе использованных медицинских масок.

— Одно время этого добра было предостаточно...

— Именно так. В развитие этих идей и в сотрудничестве с профессором Родригесом мы создали технологию, которая позволяет получать проводящие материалы непосредственно на поверхности переработанного полиэтилентерефталата.

— И как скоро получится выпустить технологию из лаборатории в реальный мир?

— Думаю, это вызовет определённый интерес в силу того, что у нас есть программы по утилизации отходов, и неизбежно человечество придёт к тому, что с отходами нужно что-то делать. Эта задача будет возложена, в первую очередь, на плечи основных производителей тех продуктов, которые дают отходы. Поэтому интерес к подобным технологиям должен быть, и я надеюсь, что это произойдёт максимально скоро.

Автор: Наталия Лескова


Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее