Ученые из СПбГУ разработали полимеры из продуктов переработки биомассы - Новости ТЭК на Neftegaz.RU
3 мин
...

Ученые из СПбГУ разработали полимеры из продуктов переработки биомассы

Оказалось, что терпеновый фрагмент, присоединенный к основной цепи полиэтилена через атом кислорода, способствует трансформации полученных полимеров.

Ученые из СПбГУ разработали полимеры из продуктов переработки биомассы

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.
Синтетические полимеры имеют уникальные свойства и относительно низкую цену.
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.
Согласно исследованному пути перестройки полимеров, терпеновый фрагмент, присоединенный к основной цепи полиэтилена через атом кислорода, способствует трансформации полученных полимеров.
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.

Автор:

Источник : Neftegaz.RU






Подпишитесь на общую рассылку

лучших материалов Neftegaz.RU

* Неверный адрес электронной почты

Нажимая кнопку «Подписаться» я принимаю «Соглашение об обработке персональных данных»