Новости технологий отрасли

Ученые из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН предложили новый состав древесно-стружечных плит из рисовой шелухи, древесных опилок, отходов металлургических производств и жидкого натриевого стекла. Такие ДСП отличаются повышенными характеристиками прочности, водо- и огнестойкости. Технология была отработана совместно с Далянским ООО по химическому материалу твердого тела «Кэсытэ» (г. Далянь, КНР).

Древесно-стружечные плиты очень популярны в России: они применяются для изготовления мебели, строительных элементов и в производстве тары. Обычно древесный наполнитель ДСП состоит из калиброванной стружки, а в качестве связующего вещества чаще всего используется фенолформальдегидная смола. Такой материал имеет ряд недостатков. Во-первых, он менее прочный, чем цельная или клеёная древесина, во-вторых, имеет ограниченную влагостойкость. ДСП класса эмиссии Е2, Е3, Е4 не подходят для производства мебели, поскольку выделяют вредный для человека формальдегид.

Ученые из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН предложили использовать для создания ДСП отходы сельскохозяйственного (рисовая шелуха), деревообрабатывающего (древесные опилки, стружка) и металлургического производств (кремнеземные пылевидные отходы, например, производства ферросилиция). Связующим звеном такого ДСП выступает жидкое натриевое стекло — водный раствор силиката натрия определенного модуля.

Основной задачей ученых было получить экологически чистый ДСП за счет полной замены токсичной фенолформальдегидной смолы, а также расширить диапазон утилизируемых отходов. Кроме того, необходимо было сделать так, чтобы новые составы обладали достаточной прочностью, водостойкостью, повышенной огнестойкостью и при горении не выделяли вредные для человека вещества.

Для обеспечения экологической безопасности в качестве связующего звена ДСП ученые применили водный раствор жидкого натриевого стекла с силикатным модулем 2,5—3,6 и плотностью 1,3—1,5 г/см³. Жидкие стекла с такими характеристиками стандартно используются для получения различных строительных материалов.

Пылевидные отходы кремнезема и измельченная рисовая шелуха не только выступают наполнителем для ДСП, но также выполняют функцию модифицирующей добавки к жидкому стеклу, увеличивая водостойкость и огнестойкость конечного изделия. В состав кремнезема могут входить хром, алюминий, цирконий и многие другие компоненты — они ускоряют отвердевание и делают материал прочнее.

Полученные образцы ДСП были испытаны с помощью стандартных методик по ГОСТ. Опыты показали, что эти образцы обладают достаточной водостойкостью (разбухание по толщине за 24 часа менее 3%) и высокими прочностными характеристиками (предел прочности при статическом изгибе может достигать 50 МПа, удельное сопротивление выдергиванию шурупа 55—60 Н/мм). Также изделия прошли успешное тестирование на пожарную безопасность.

«Главное свойство нашей ДСП — это огнестойкость, которая достигается за счет применения силикатного водного связующего. Однако из-за высокой стоимости силикатного клея и особенностей технологии такие ДСП получаются дороже традиционных аналогов», — рассказала старший научный сотрудник ИХТТМ СО РАН кандидат химических наук Зоя Алексеевна Коротаева.

Ученая подчеркнула большую роль китайских коллег в реализации этой работы. «Всё, что было сделано, необходимо для масштабирования наших лабораторных разработок, сделано в Китае. Экспериментальную часть по получению ДСП мы с руководителем группы доктором химических наук Владимиром Александровичем Полубояровым делали в Институте железнодорожного транспорта в лаборатории профессора Гао Хун. Отдельные испытания (по прочности, пожаробезопасности) проводило Далянское ООО по химическому материалу твердого тела “Кэсытэ”, организованное китайской стороной для совместного освоения технологий и доведения лабораторных разработок до промышленных испытаний. У нас были очень комфортные условия работы: наличие необходимого оборудования, методов исследования, сырья и реактивов, на любой наш запрос давали ответ на следующий день», — отметила Зоя Коротаева.

Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

Представьте себе материал, который в 200 раз прочнее стали и обладает рекордной теплопроводностью. Такой и есть — это малослойный графен. Но до недавнего времени его массовое производство оставалось слишком дорогим и сложным. И вот — прорыв: российские учёные научились получать этот суперматериал из… древесных отходов и даже борщевика.

Что такое малослойный графен и зачем он нужен

Графен — это модификация углерода толщиной всего в один атом. За его открытие в 2010 году дали Нобелевскую премию. В своей более плотной форме — малослойной — он может использоваться в электронике, композитах, покрытиях и даже оборонной промышленности. Главное препятствие — высокая стоимость.

Теперь же появилась технология, которая может изменить правила игры.

В чём суть метода

Старший научный сотрудник лаборатории физики кластерных структур ФТИ имени А. Ф. Иоффе Алексей Возняковский на международной конференции в Архангельске рассказал:

"Мы научились получать малослойный графен много, дешево и с высоким качеством. Используем отходы деревообработки — лигнин, кору, стебли борщевика. Уже сейчас можем производить до 10 кг в месяц, а при необходимости — в разы больше".

Процесс основан на СВС-синтезе — самораспространяющемся высокотемпературном горении. Температура реакции достигает 2000°C и запускает превращение биополимеров в графен. Возняковский объясняет:

"Мы не сжимаем молекулы, как в создании алмаза, а даём им энергию, чтобы они сами выстроились в графеновую структуру".

Главное преимущество нового материала — отсутствие дефектов Стоуна-Уэйлса, которые ухудшают свойства графена. Результат — прочный, чистый материал, пригодный для высокотехнологичных решений.

"Есть дешёвый, но плохой графен — как некачественная сталь. Мы же делаем материал, который работает как надо: и много, и дёшево, и качественно", — подчёркивает Возняковский.

Кто стоит за разработкой

Это совместный труд сразу нескольких научных организаций: ФТИ им. Иоффе, САФУ, Института биологии и геологии Коми, НИИ синтетического каучука и Казанского инновационного университета. Командный подход позволил объединить компетенции и добиться ощутимых результатов.

Исследование поддержано грантами в рамках Десятилетия науки и технологий в России.

Ученые разработали высокоэффективный платина-кобальтовый катализатор для производства водорода из метана. Сырьем может стать возобновляемый источник — биогаз, образующийся на свалках при разложении органики, что позволит получить «зеленый» водород. Открытие совершила команда исследователей из РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, Института нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН и Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН.

Водород считается одним из наиболее перспективных, экологически чистых видов топлива, в разы превосходящим по энергоемкости бензин. Его использование до сих пор сталкивается с технологическими трудностями, в частности высокой стоимостью производства.

Процесс конверсии метана в водород через стадию получения синтез-газа (смеси монооксида углерода и водорода) впервые был исследован в 1920-х годах. С этого времени велись разработки катализаторов, необходимых для проведения реакции. Большинство ранее разработанных материалов подвержены сильному зауглероживанию, что диктовало необходимость их регенерации и удорожало использование.

Исследования команды ученых Губкинского университета, ИНХС и ИОНХ РАН подтвердили, что новый платина-кобальтовый катализатор почти не подвержен зауглероживанию. Кроме того, созданный материал дешевле в применении, так как не требует предвосстановления водородом и стабильно работает на протяжении не менее 60 часов.

Катализатор показал высокую эффективность в получении водородсодержащих газов реакциями кислородной конверсии метана и углекислотного риформинга метана при температурах 600–900 градусов.

«Использование нового катализатора может сделать водородную энергетику более доступной. Разработанный материал можно использовать в действующем промышленном процессе получения синтез-газа без модернизации существующего оборудования для замещения импортных аналогов», — отметил профессор кафедры общей и прикладной химии Губкинского университета Алексей Локтев. Он добавил, что к разработке уже проявили интерес крупные энергетические компании России.

Уникальность катализатора определяется новым методом его синтеза — пропиткой гидроталькитоподобного носителя на основе магния-алюминия водным раствором гетерометаллического ацетатного комплекса платины и кобальта с последующим прокаливанием. Катализатор позволяет достигать выхода синтез-газа более 50% уже при 700 градусах, при 800 градусах – более 80%, а при 900 градусах почти 100%.

Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда.

ОМСК, 9 июля. /ТАСС/. Ученые Омского государственного технического университета (ОмГТУ) разработали экологичное биотоплива на основе получения этанола из органического сырья, такого как солома, опилки и зерна кукурузы. Потребление этого вида топлива позволит снизить зависимость от нефти за счет экологичности и низкой себестоимости, сообщили в пресс-службе вуза.

Биоэтанол представляет собой этиловый спирт, получаемый в процессе переработки растительного сырья. Это возобновляемое, биоразлагаемое топливо, которое благодаря своей низкой токсичности при разливе меньше, чем любое другое загрязняет окружающую среду. Также биоэтанол, в отличие от аналогов, позволяет снижать выделение парниковых газов и загрязняющих веществ за счет более полного сгорания.

"На сегодняшний день получены образцы биоэтанола из соломы, опилок и зерен кукурузы. Процесс получения биоэтанола включает в себя три основных этапа: кислотный гидролиз сырья при высоких температурах, ферментативное спиртовое брожение в присутствии дрожжей, а также выделение вещества из браги", - цитирует пресс-служба автора разработки Елизавету Андросову.

Источников биоэтанола в данном случае выступают такие соединения, как лигноцеллюлоза и крахмал. Как отмечают в пресс-службе вуза, крахмалосодержащие культуры широко распространены в сельском хозяйстве, при гидролизе крахмала образуется большое количество глюкозы, применяющейся в реакции получения этанола, а использование соломы, опилок, опавшей листвы обеспечивает низкую себестоимость готового продукта и позволяет частично решить проблему переработки отходов.

"При сжигании биоэтанол в идеальных условиях выделяет столько же углекислого газа, сколько поглотили растения в процессе фотосинтеза, а выбросы парниковых газов сокращаются на 20-50%. Уменьшаются также выбросы угарного газа, серы и канцерогенов", - добавили в ОмГТУ.

ЧЕЛЯБИНСК, 7 июля. /ТАСС/. Ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) разработали первую в мире технологию 100-процентной переработки отходов медеплавильного производства. Она позволяет создавать строительные материалы и металлическую продукцию из шлакоотвалов, которые копились десятилетиями, сообщил ТАСС заведующий кафедрой пирометаллургических и литейных технологий ЮУрГУ Павел Гамов.

"Сегодня проблема накопления токсичных отходов остро стоит во всех промышленно развитых странах, поэтому мы провели исследования и нашли способ, который позволяет на 100% переработать отходы медеплавильного производства. С применением новой технологии шлакоотвалы, которые копились годами, можно превращать в ценный строительный материал (минеральную вату) и также в металлическую продукцию. Технология представляет собой уникальный комплексный подход, аналогов которому нет ни в России, ни в мире", - сказал собеседник агентства.

Он пояснил, что медеплавильные шлаки содержат 35-40% оксида железа, который традиционно считался непригодным для дальнейшего использования. На первом этапе ученые ЮУрГУ разработали способ, позволяющий успешно извлекать железо из этих шлаков (для дальнейшего производства металлической продукции).

"Однако после этого остается около половины первоначального объема исходного материала. И на втором этапе из остатков мы нашли способ изготовление волокна - минеральной ваты. Она является ценным строительным материалом", - добавил ученый.

По его словам, для того чтобы создать минеральную вату из отходов, ученые доводят шлак до жидкого состояния, затем разливают на быстро вращающийся диск, с которого жидкость разбрасывается тонким слоем на специальную поверхность. В результате создается структура, идеально подходящая для формирования волокон минеральной ваты (по химическому составу это полный аналог природного базальта).

Гамов отметил, что лабораторные исследования подтвердили эффективность предложенной методики. Специалисты считают, что разработанная технология легко интегрируется в действующие промышленные мощности.