Исследователи Южного федерального университета объединили преимущества двух видов сорбентов, способных как губка впитывать загрязнители из почвы и воды — большую удельную площадь металлоорганических конструкций и устойчивость биоугля. Новый нанокомпозитный материал будет производить бизнес-компания магистранта ЮФУ.
Идея сорбентов не нова, они давно применяются в медицине, промышленности и сельском хозяйстве. Например, активированный уголь — это углеродный сорбент, порошок полисорба — кремнийсодержащий, а наполнитель для сушки обуви — это силикагель. Есть множество видов сорбентов, и учёные ищут всё более эффективные, потому что в очистке от загрязнителей нуждаются целые гектары земли и водоёмов.
Сравнительно недавно мировая наука заинтересовалась сорбирующими свойствами материалов на основе металлорганических каркасов (МОК или МОФ). Они обладают просто феноменальными значениями удельной площади поверхности, однако применять их на практике оказалось довольно сложно, ведь МОФы стабильны только в весьма ограниченном диапазоне кислотности среды, а в почве, которая нуждаются в очистке, они деградируют.
Эту проблему решили на кафедре почвоведения и оценки земельных ресурсов Академии биологии и биотехнологии им Д. И. Ивановского ЮФУ под руководством доктора биологических наук, профессора Татьяны Минкиной. Магистрант кафедры Илья Лобзенко учредил и возглавил ООО «Биокомпозит-МОФ» — компанию, которая занимается проведением научных исследований и разработок в области естественных и технических наук.
«Не так давно мы сильно усовершенствовали технологию создания сорбентов на основе МОК — чтобы эти молекулярные структуры не разрушались, мы запечатали их в порах биоугля. Это абсолютно уникальная технология, которую предложила учёная с нашей кафедры Татьяна Бауэр. Сейчас идёт завершающий этап исследований этого нанокомпозитного материала», — рассказал Илья Лобзенко.
Нанокомпозит — это любой многокомпонентный материал, состоящий из пластичной полимерной основы и наполнителя. Наполнителем в этом случае выступают восьмигранные структуры МОФ, которые синтезируют в Международном исследовательском институте интеллектуальных материалов (МИИИМ) ЮФУ.
При этом, в сущности, не сильно важно, из чего именно будет изготовлена полимерная основа, куда будут наращиваться МОФы: от неё требуется стабильность и пористая структура. Почвоведы ЮФУ определили, что необходимыми свойствами обладает биоуголь — продукт пиролиза рисовой шелухи либо осадков сточных вод.
Проект был поддержан грантом Фонда содействия инновациям после победы Ильи Лобзенко в конкурсе «Студенческий стартап». В оформлении проекта и правильной формулировке проблематики исследований для презентации на конкурсе молодому учёному помогли коллеги по кафедре: доктор биологических наук Светлана Сушкова и кандидат биологических наук Татьяна Бауэр.
«Удельная площадь поверхности нового сорбента больше обычных в 1,5–2 раза. Это показывает, насколько эффективнее данный материал может поглощать загрязнители. При этом он может использоваться не только для очистки почвы, но и технической воды», — рассказала Татьяна Бауэр.
Таких материалов, по словам разработчиков, сегодня нет не только в России, но и нигде в мире, а их эффективность и потенциальная сфера применения оцениваются очень высоко. В будущем компания «Биокомпозит-МОФ» планирует не только продавать сам материал, но налаживать технологию изготовления, так сказать «под ключ».
«Сейчас мы проводим исследования, чтобы выяснить количественное соотношение нашего продукта и дренажных вод, которые он способен очистить. Безусловно, речь не идёт о тоннах сорбента на гектар территории, скорее о десятках килограммов, однако это пока что предварительные оценки. Получение таких нанокомпозитов стоит весьма недешево — тут всё упирается в вещества для синтеза», — рассказал Илья Лобзенко.
Если же использовать в качестве сырья для пиролиза жидкие золошлаковые отходы промышленных предприятий, положительный эффект для природы удваивается — сперва из сточных вод утилизируется зола, а потом из неё же создают сверхэффективный сорбент.
«С помощью этой технологии можно решить проблему очистки сточных вод и территорий шлакозолоотвалов различных предприятий. Активные темпы развития производств абсолютно разной направленности, необходимые нашей стране, приведут к такому же активному увеличению объёмов шлакозолоотвалов, и мы решили вот таким образом решить эту проблему. Сам сорбент работает, как губка: он поглощает слабосвязанные с почвенным профилем загрязнители и закрепляет их на своей поверхности. Чем больше поверхность, тем больше сорбент закрепит на себе загрязнителей. К тому же, варьируя условия пиролиза, мы можем в некоторой степени регулировать свойства нашего сорбента, заставляя его поглощать те вещества, которые нам нужны», — объяснил Илья Лобзенко.
Рынок, на который выходят учёные ЮФУ, огромен. Потенциальные клиенты и партнёры «Биокомпозит-МОФ» — это производственные предприятия, имеющие отстойники технических вод, а также сельскохозяйственные организации, водоканалы, природоохранные предприятия и исследовательские организации. Уже заключены договоры о заинтересованности в продукции с одной из крупнейших компаний по переработке промышленных отходов в регионе — ООО «Полигон-Аксай», и с единственным производителем органической продукции на юге России — Био-Хутором «Петровский».
В планах у учёных полевые и промышленные исследования нового сорбента, получение патента на изобретение и первые лицензионные договоры на передачу неисключительных прав на технологию.
Автор текста: Алексей Романенко
Источник: https://sfedu.ru/press-center/news/72357
