Санкт-Петербург, 6 апр - ИА Neftegaz.RU. Химики из лаборатории кластерного катализа Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) синтезировали полимеры из продуктов переработки биомассы.
Статья о разработке в марте 2021 г. опубликована в журнале Green Chemistry.
В лаборатории изучают:
- химию ацетилена и виниловых эфиров,
- реакции кросс-сочетания и СН-функционализации, 1,3-диполярного присоединения,
- и, конечно, синтез меченых соединений.
Синтезированные ими полимеры из продуктов переработки биомассы отличаются простотой переработки.
Ученые подметили:
- продукция из синтетических полимерных материалов (пластиковые бутылки, пакеты, одноразовая посуда):
- зачастую используются только короткий промежуток времени,
- после использования может представлять угрозу окружающей среде из-за химических соединений, которые выделяются при их переработке,
- полимеров, которые можно было бы многократно перерабатывать, достаточно мало;
- продукция инертна к воздействию факторов окружающей среды и почти не разлагается в естественных условиях;
- продукция, произведенная из вторичного сырья, частенько уступает по качеству первичным.
Однако экологические риски настолько велики, что многие страны ограничивают их использование.
Раньше научных разработок в области природных полимеров было маловато, было сложно и с финансированием.
Уровень потребления синтетических пластиков в России был относительно невысок.
Не то, что на Западе, где сначала был бум пластиковых пакетов, а потом бум - отказа от пластиковых пакетов.
Но время заняться биотехнологиями пришло и в России.
Новые полимеры, созданные учеными СПбГУ
- в их основе лежат соединения, полученные из биомассы - возобновляемого источника ценного сырья для химической промышленности будущего;
- главный компонент таких полимеров - терпенолы - представители природных терпеновых спиртов;
- примеры данного класса соединений:
- ментол, получаемый из эфирного масла мяты,
- борнеол, в больших количествах содержащийся в эфирном масле пихты одноцветной или Дриобаланопса ароматного (камфорном дереве с острова Калимантан);
- синтезированные полимеры подходят как для вторичной переработки, так и для утилизации;
- при вторичной переработке:
- созданные материалы можно разобрать до исходных соединений,
- затем снова провести процедуру полимеризации,
- для разложения полимеров требуются умеренные температуры,
- утилизировать такие материалы тоже несложно - при их разложении без доступа кислорода образуются:
- природные спирты,
- либо их производные, которые можно восстановить до спиртов;
- эти вещества содержатся в природе, поэтому не наносят вреда окружающей среде.
Перспективным подходом к использованию ценных компонентов биомассы является синтез мономеров и полимеров, если общая технология рассчитана на чистый цикл без загрязнения окружающей среды вновь создаваемыми полимерами.
Ученые разработали методику утилизации полимеров на основе биомассы и карбида кальция:
- дерзко модифицировали серию терпеновых спиртов, полученных из биомассы, используя CaC2 с последующей полимеризацией выделенных виниловых эфиров;
- для изучения возможности рециклинга полученные полимеры подвергали пиролизу при умеренных температурах 200 - 450 °C;
- продукты пиролиза анализировали с помощью ТГА-МС, ГХ-МС и ЯМР;
- было обнаружено, что полимеры могут быть легко трансформированы;
- продукты пиролиза состояли из исходных терпенолов, а также соответствующих нетоксичных кетонов или альдегидов: до 87% исходного спирта или до 100% от общей суммы спирт + альдегид или спирт + кетон (GC - yields)$
- затем реакционную смесь гидрировали, и в результате образовывался только исходный спирт.
Таким образом, продукты пиролиза экологически безопасны и могут быть повторно использованы в дальнейшем синтезе мономеров.
Разработанная система продемонстрировала уникальную способность к сборке / разборке и продвигает концепцию многоразовых биоматериалов с высокой добавленной стоимостью.
Полимер подобного типа можно расплавить при температуре около 120 оС и придать ему другую форму.
При охлаждении он вновь затвердевает.
Химики повторили этот цикл 7 раз и выяснили, что при многократном плавлении свойства полимера существенно не меняются.
В дальнейшем на базе ресурсных центров Научного парка СПбГУ ученые намерены продолжить работу и всесторонне изучить механические свойства получившихся полимеров - упругость, пластичность, прочность и другие.
Этот этап имеет особое значение для внедрения разработки в производство.
При охлаждении он вновь затвердевает.
Химики повторили этот цикл 7 раз и выяснили, что при многократном плавлении свойства полимера существенно не меняются.
В дальнейшем на базе ресурсных центров Научного парка СПбГУ ученые намерены продолжить работу и всесторонне изучить механические свойства получившихся полимеров - упругость, пластичность, прочность и другие.
Этот этап имеет особое значение для внедрения разработки в производство.
Автор: А. Шевченко
