Ученые предложили технологию получения пористых материалов из отходов полиэтилентерефталата (ПЭТ) для очистки воды и газов. Полученные металлорганические каркасы не уступают по свойствам коммерческим аналогам, но значительно дешевле, сообщили ТАСС в Минобрнауки России.
ПЭТ относится к наиболее пригодным для переработки пластикам. Большинство существующих технологий позволяют либо разлагать его до исходных молекулярных компонентов с последующим производством нового ПЭТ, либо перерабатывать механически. Однако многократная переработка снижает прочность и вязкость материала, а экономическая ценность получаемых продуктов возрастает незначительно.
Ученые Томского политехнического университета в составе международной коллаборации предложили способ получения пористых металлорганических каркасов (MOF) для очистки воды и газов из отходов ПЭТ. Новая технология позволяет одновременно перерабатывать пластик и получать полезные материалы. По расчетам ученых, материалы для очистки, полученные из таких компонентов, не уступают по свойствам коммерческим аналогам, но в 5–80 раз дешевле.
Пластик измельчили до фракции менее 1 мм и поместили в реакционную среду, в результате чего образовались 2-нитротерефталевая и 2-йодтерефталевая кислоты. Из них изготовили MOF-материалы — трехмерные молекулярные губки с множеством микроскопических пор. Благодаря пористой структуре их можно применять для очистки воды и газов, разделения веществ и катализа.
— Обычно переработка и химические изменения образующейся терефталевой кислоты выполняются последовательно. Сначала полимер разрушают, затем выделяют и очищают промежуточный продукт и только после этого вводят в его структуру нужную функциональную группу. Мы объединили два этих действия в одном реакционном процессе. Это позволило сократить число операций, отказаться от выделения и очистки нескольких промежуточных соединений и уменьшить количество необходимого оборудования. А значит, удешевить технологию, — отметила научный сотрудник Международной научно-исследовательской лаборатории «Невалентные взаимодействия в химии материалов» ТПУ Ольга Гусельникова.
Метод апробировали на пищевых контейнерах, бутылочном пластике, промышленных отходах, полиэстровых тканях и смесях ПЭТ с полиэтиленом. Подобрав температуру, продолжительность реакции и количество реагентов, ученые получили высокий выход целевых соединений, из которых синтезировали MOF. По расчетам, стоимость нитросодержащих соединений снизилась в 5–7 раз, йодсодержащих — в 75–80 раз по сравнению с коммерческими аналогами. При этом полученные MOF сохранили кристалличность, микропористость и термостойкость на уровне коммерческих аналогов.
В дальнейшем ученые планируют работать над масштабированием технологии и анализом всего технологического цикла — от сбора и измельчения отходов до получения и использования конечных MOF-материалов — чтобы оценить экологическое преимущество нового метода.
В исследовании участвовали ученые Томского политеха, Венского технического университета (Австрия), Университета Страны Басков (Испания) и Новосибирского института органической химии имени Н.Н. Ворожцова. Результаты работы опубликованы в журнале Materials Horizons. Исследование поддержано Минобрнауки России.