Ученые Томского политехнического университета в составе международной коллаборации предложили способ получения пористых металлоорганических каркасов для очистки воды и газов из отходов ПЭТ. Новая технология позволяет одновременно переработать пластик и получить полезные материалы. По расчетам ученых, полученные из таких компонентов материалы для очистки не уступают по свойствам коммерческим аналогам, но в 5–80 раз дешевле.
Исследования были поддержаны Минобрнауки России (программа № 075-03-2026-234/2, FSWW-2026-0037). Результаты работы ученых опубликованы в журнале Materials Horizons (Q1, IF: 11,4).
ПЭТ считается одним из наиболее пригодных для переработки пластиков. Однако большинство существующих технологий позволяют либо разложить пластик до исходных молекулярных компонентов и снова произвести ПЭТ, либо просто механически его переработать. Но многократная переработка снижает прочность и вязкость пластика. Кроме того, экономическая ценность полученных продуктов при этом увеличивается незначительно.
Ученые Томского политеха совместно с коллегами предложили способ получения MOF-материалов (особый класс гибридных кристаллических материалов — ред.) из отходов ПЭТ. Они измельчили пластик до фракции меньше одного миллиметра и поместили его в реакционную среду. В результате образовывались 2-нитротерафталевая и 2-йодтерафталевая кислоты. Из них ученых изготовили металлоорганические каркасы — MOF-материалы. Это трехмерные молекулярные губки, которые содержат множество микроскопических пор. Благодаря этому они могут применяться для очистки воды и газов, разделения веществ, катализа.
«Электрофильная модификация ароматического фрагмента ПЭТ считается крайне сложным процессом. Из-за этого 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», — отмечает один из авторов исследования, научный сотрудник Международной научно-исследовательской лаборатории «Невалентные взаимодействия в химии материалов» ТПУ Ольга Гусельникова.
Предложенный метод переработки ученые апробировали на пищевых контейнерах, бутылочном пластике, промышленных отходах, синих и красных полиэстровых тканях, а также смесях ПЭТ с полиэтиленом. Для переработки пластика подобрали температуру, продолжительность реакции и количество реагентов, чтобы получить высокий выход целевых соединений. Из них далее синтезировали MOF.
По расчетам ученых, предложенный метод позволил снизить стоимость нитросодержащих соединений примерно в 5–7 раз по сравнению с коммерческим аналогом и в 75-80 раз для йодсодержащих соединений.
Полученные из отходов ПЭТ MOF сохранили кристалличность, микропористость и термическую устойчивость на уровне коммерческих аналогов.
«Применение дешевых компонентов из отходов ПЭТ может сделать MOF доступнее для очистки воды и химических производств. Например, йодсодержащие MOF-материалы обладают повышенной способностью улавливать хлорированные органические загрязнители, а нитросодержащие каркасы могут выступать эффективным катализатором», — добавляет Ольга Гусельникова.
В будущем ученые планируют работать над масштабированием технологии и анализом всего технологического цикла — от сбора и измельчения отходов до получения и использования конечных MOF-материалов — для оценки экологического преимущества нового метода.
В исследовании принимали участие ученые Международной научно-исследовательской лаборатории «Невалентные взаимодействия в химии материалов» Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха, Венского технического университета (Австрия), Университета Страны Басков (Испания) и Новосибирского института органической химии имени Н.Н. Ворожцова.
Информация предоставлена пресс-службой Томского политехнического университета
Источник фото: ru.123rf.com
