В России разработан первый химический реактор для непрерывного изготовления компонентов биоразлагаемого пластика. Его внедрение позволит в пять раз ускорить их создание.

Это даст возможность увеличить объемы производства экологичной посуды и упаковки, способной быстро разлагаться в природной среде. Разработка также нужна для медицинской сферы — она поможет снизить стоимость имплантатов из биосовместимых материалов. Промышленный образец установки планируется создать в 2022 году.

В одну стадию

Создание современных полимеров позволяет создавать упаковку и посуду, способную в течение года разлагаться под действием бактерий. Также это помогает производить высококачественные медицинские изделия, которые полностью совместимы с организмом человека. Такие пластики можно получить путем химической обработки более простых соединений — мономеров. Однако этот технологический процесс до сих пор остается слишком долгим и затратным, что не позволяет снизить себестоимость экологичной продукции и запустить ее масштабное производство. Исправить ситуацию может изобретение томских ученых, которым удалось значительно упростить технологию, создав первый химический реактор для непрерывного производства мономеров.

В качестве сырья для производства таких компонентов в устройстве используется молочная кислота, которая предварительно нагревается в специальном теплообменнике и смешивается с азотом, выступающим в качестве защитного газа-протектора. Далее эта парогазовая смесь попадает в камеру реактора, в которой создается искусственный вакуум и поддерживается температура около 200°C. В данных условиях кислоту пропускают через гетерогенный катализатор, представленный в виде мелкодисперсного порошка, находящегося во взвешенном состоянии.

Результат этого процесса — превращение исходного сырья в мономеры лактид или гликолид (вещества, которые образуются при химической обработке молочной и гликолевой кислот и могут использоваться для дальнейшего производства полимеров). Эти мономеры в дальнейшем могут служить основой для создания готовых биоразлагаемых пластиков.

— Обычно для синтеза мономеров используется многоэтапная технология, при которой из раствора молочной кислоты вначале создается промежуточный продукт — преполимер, который в дальнейшем разлагается на компоненты, содержащие искомые вещества, — рассказал младший научный сотрудник исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета Алексей Зиновьев. — У нас же получилось сделать одностадийную технологию увеличенной производительности, которая позволяет создавать мономеры в пять раз быстрее, чем при использовании других методов.

Другой важной особенностью предлагаемого процесса изготовления мономеров ученые считают его непрерывность.

— В отличие от оборудования для многостадийных способов производства новый реактор не требует остановок для загрузки и выгрузки компонентов, — подчеркнул Алексей Зиновьев. — Исходное сырье проходит через него непрерывным потоком, и остановка реактора требуется только для замены катализатора. Она будет необходима не чаще одного раза в неделю при условии непрерывной работы установки.

Кроме того, многостадийная технология отличается от нового способа производства необходимостью в больших энергозатратах, поскольку в периодическом процессе требуется более длительный нагрев.

Экопереход

Ожидается, что преимущества разработки смогут заинтересовать в ее внедрении промышленные компании, которые начнут переходить на производство экологичного пластика.

— На эту тему уже ведутся активные переговоры с представителями крупного нефтехимического холдинга, — отметил доцент исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета Виктор Новиков.

Также внедрение новой технологии будет особенно интересно в связи с возможным в перспективе запретом на использование одноразовой пластиковой посуды и упаковки, который способен простимулировать увеличение объемов изготовления новых полимеров.

— В случае необходимости российские предприятия можно относительно легко переориентировать на выпуск биоразлагаемой продукции — для этого потребуется провести лишь локальные изменения (например, закупку новых пресс-форм) при сохранении производственного оборудования, — пояснил Виктор Новиков.

В НИТУ «МИСиС» подтвердили актуальность новой разработки для медицинской сферы.

— Рынок биорезорбируемых (совместимых с организмом человека. — «Известия») материалов для создания имплантатов входит в стадию активного развития, однако в России до сих пор не существует их масштабного производства, которое могло бы покрыть все потребности индустрии, — пояснил научный сотрудник НИТУ «МИСиС» Федор Сенатов. — Предложенная одностадийная технология потенциально способна решить проблему.

По словам эксперта, в России сейчас ведется множество исследований, связанных с разработкой имплантатов для челюстно-лицевой хирургии (в том числе их создают с помощью 3D-печати), а вырабатываемый из мономеров полилактид как раз относится к печатаемым медицинским пластикам, которые необходимы для их производства.

В настоящее время в Томске уже создан лабораторный прототип устройства с загрузкой 15 г/ч, испытания которого планируется завершить в сентябре этого года. В дальнейшем разработчики собираются начать масштабирование технологии, доведя возможности оборудования до промышленных объемов в сотни тонн мономеров в год — ожидается, что это произойдет в 2022 году.

Александр Буланов

Похожие новости

  • 17/03/2017

    Ученые ТГУ предложили свой способ снижения веса самолетов

    Ученые Томского государственного университета разработали специализированное покрытие, благодаря которому на 30 и более процентов можно уменьшить вес летательных аппаратов. Созданная в ТГУ технология не имеет в России аналогов и позволит снизить расходы на запуск и эксплуатацию аэрокосмической техники.
    1479
  • 24/07/2018

    В Томске подвели итоги конкурса «Постдок ТПУ как аналог докторантуры»

    ​В Томском политехническом университете подвели итоги конкурса «Постдок ТПУ как аналог докторантуры», созданный для поддержки перспективных проектов молодых кандидатов наук. Проекты получают финансирование из средств Программы повышения конкурентоспособности ТПУ.
    640
  • 03/09/2019

    Как натравить микробы на пластмассу

    ​Сразу несколько лабораторий в разных частях света бьются над созданием живых существ, способных поедать пластик. На кону два вопроса. Кто спасет нас от мусорного засилья — бактерии, грибы или черви? И кто первым добьется технологического прорыва? «Огонек» присмотрелся к шансам России в этой очищающей гонке.
    298
  • 25/10/2017

    Томские химики разработают экологичную технологию очистки «дизеля» от серы

    ​Одной из важнейших задач современной нефтепереработки является удаление полиароматических углеводородов, серы и ее соединений из дизельного топлива. Для этого широко используется гидроочистка, в процессе которой происходит выделение большого количества газов, загрязняющих атмосферу.
    1071
  • 11/04/2019

    Ученые ТПУ изучают, чем загрязнена река в промышленном районе Индии

    ​Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) привезли пробы воды из Дамодара – одной из самых грязных рек Индии; изучив состав и миграцию вредных веществ, политехники вместе с коллегами из России, Китая и Индии намерены предложить меры по очистке и предотвращению дальнейшего загрязнения реки, сообщила пресс-служба вуза.
    565
  • 23/01/2019

    Как работает томский «Инжинирингового химико-технологический центр»?

    ​Алексей Князев — один из тех, кого называют инноваторами. Наглядный пример человека, который делает бизнес на производстве нового знания. Он уже много лет не работает непосредственно в лаборатории, хотя начинал именно там.
    847
  • 05/09/2019

    Разработка томских ученых позволит удешевить выпуск биоразлагаемых пластиков

    ​Химики Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывают реактор для непрерывного синтеза мономеров – исходного сырья для производства биоразлагаемых пластиков; новая технология позволит существенно удешевить процесс, сообщаетпресс-служба вуза.
    159
  • 26/08/2016

    Российские и немецкие ученые разрабатывают молекулярные переключатели для электроники

    ​Физики из Томского госуниверситета (ТГУ). а также их коллеги из Германии, работают над изучением новых свойств органики, наблюдаемых при взаимодействии органических молекул с металлом. Перспективное исследование, как отмечают его авторы, найдет применение в молекулярной электронике будущего.
    1740
  • 12/08/2016

    В ТГУ разрабатывают импортозамещающие огнезащитные составы

    ​Сотрудники Инжинирингового химико-технологического центра Томского государственного университета (ТГУ) разрабатывают технологии производства импортозамещающих огнезащитных составов для древесины и металла, сообщает местное издание.
    1281
  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    273