Современные методы утилизации и вторичного использования полимерных отходов разрабатываются учеными Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий (ИШХБМТ) Томского политехнического университета (ТПУ), 3 августа сообщает пресс-служба вуза.

Томские химики под руководством профессора ИШХБМТ ТПУ Павла Постникова и научного сотрудника Ольги Гусельниковой выполнили обзор известных методов применения полимерных отходов в статье «Функциональная переработка» полимерных отходов для создания новых материалов», опубликованной в журнале Chemical Society Reviews (Q1; IF: 46,2).

Ученые проанализировали актуальные разработки в области функционального апсайклинга полимерных отходов, а также определили само понятие «функциональный апсайклинг».

Для утилизации полимеров в настоящее время применяют разнообразные технологии, наиболее распространенные из которых относятся к таким вариантам, как захоронение, сжигание, механическая обработка и химические процессы.

Использование первых трех вариантов приводит к серьезным экологическим проблемам — образованию микропластика или выделению парниковых газов.

Химическая переработка, с помощью которой можно получить мономеры или элементарные звенья полимерной цепи для последующего синтеза новых полимеров или новых химически продуктов, требует значительных экономических затрат.

Функциональный апсайклинг, который авторы статьи называют золотой серединой среди методов утилизации полимерных отходов, сохраняет основную полимерную цепь и дает возможность синтезировать новый материал с высокой добавленной стоимостью за счет придания ему новых свойств с помощью модификации поверхности исходного полимера или превращений полимерной цепи.

«Суть функционального апсайклинга заключается в том, что незначительное изменение в структуре поверхности материала позволяет добиться существенного эффекта. Более того при объединении модифицированного материала с другими можно получить гибридные материалы. Объединение двух материалов с разными свойствами дает не материал с комбинацией этих свойств, а новое свойство, новый эффект. Таким образом можно контролировать процесс и управлять заданными свойствами» — пояснил Павел Постников.

Химики ТПУ уже более пяти занимаются разработкой концептуально новых подходов к апсайклингу полимерных отходов для создания «умных» технологий и материалов для защиты окружающей среды на основе полимерных отходов, таких как сорбенты для очистки воды от техногенных загрязняющих веществ, каталитические системы для фотохимической деградации таких веществ и других.

Ими разработаны методы трансформации коммерчески доступных полимеров в материалы с контролируемой смачиваемостью, способных быстро превращаться из гидрофобных (отталкивающих воду) в гидрофильные (впитывающие воду) и наоборот. Эти технологии их авторы использовали для создания полимерного гибридного материала для эффективного удаления загрязнений с поверхности воды.

В ТПУ также был создан сорбент на основе отходов медицинских масок и одноразовых простыней. Простая технология получения этого сорбента заключается в нанесении на материал химическим методом специального металлоорганического каркаса, что приводит к синтезу нового материала — супергидрофобной олеофильной ткани, способной впитывать масла, дизельное топливо, красители и другие загрязнители.

«Тем не менее основной находкой для нас стал полиэтилентерефталат (ПЭТ), — продолжила рассказ о работе команды Ольга Гусельникова. — Это базовый полимер, который применяется для изготовления пластиковых бутылок. Входящая в его состав терефталевая кислота является основным компонентом для получения такого класса соединений, как металлорганические каркасы. Это пористые органические соединения, которые состоят из органических лигандов и ионов металлов. Они обладают рядом полезных свойств, благодаря чему могут выступать, например, сорбентами или катализаторами».

Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий выращивают на поверхности полимеров ПЭТ металлоорганические каркасы, при этом источником лиганда для получения каркасов выступает сам ПЭТ. Этот метод позволяет синтезировать новые гибридные материалы с уникальными свойствами, рассказала Ольга Гусельникова.

Так, ими создан композитный материал на основе ПЭТ с металлорганическим каркасом на поверхности, который может использоваться для сорбции опасных инсектицидов. А при добавлении в данную систему специальных плазмон-активных наночастиц получается гибридный материал, который не только поглощает, но и под действием солнечного света разлагает пестициды.

Новым перспективным направлением в создании методов функционального апсайклинга ПЭТ у ученых ИШХБМТ стало создание проводящих материалов. Для этого на ПЭТ-поверхности они создают металлорганический каркас, который потом под действием лазера превращается в графеноподобный материал, проводящий электричество и эффективно поглощающий солнечный свет, который таким образом может «запускать» фототермический эффект.

Последней разработкой ученых лаборатории «Невалентные взаимодействия в химии материалов» ТПУ стал метод получения уникальных сорбентов для отделения опасных хлор-содержащих веществ с использованием невалентных взаимодействий.

«Функциональный апсайклинг является альтернативой химическому методу переработки полимеров. К тому же это экономические более обоснованная технология использования вторичного сырья. Использовав дешевые исходные материалы и реагенты, мы можем получать ценный продукт. Метод апсайклинга перспективен для создания генераторов электричества, сорбентов на основе полимеров, сенсорных систем, новых проводящих материалов», — резюмировал Павел Постников свой обзор деятельности ИШХБМТ в сфере разработки современных методов утилизации и вторичного использования полимерных отходов.