Аэрогель из пластиковых бутылок спасёт мир от полимерных отходов

Учёные из Национального университета Сингапура представили инновационный способ переработки пластикового мусора, благодаря которому можно будет не просто утилизировать полимерные отходы, но и создавать аэрогели с множеством полезных применений.

Авторы исследования отмечают, что работали с отслужившими пластиковыми бутылками, которые, как правило, отправляются на специальные свалки. Утилизация такого мусора до сих пор остаётся проблемой. Несмотря не то, что инженеры и химики предлагают всё больше различных решений, по прогнозам экспертов, к 2021 году общий вес одних только пластиковых бутылок, выброшенных после использования, превысит во всём мире половину триллиона тонн в год.

Между тем пластмассы, как известно, токсичны для окружающей среды и живых организмов, в том числе людей. Такие материалы не подвержены биологическому разложению. В результате пластиковый мусор наносит колоссальный урон экосистемам, в основном морским.

«Чтобы бороться с этим, наша команда разработала простой, экономичный и „зелёный“ метод превращения пластиковых бутылок в аэрогели», — пояснил соавтор работы Хай Минь Зыонг (Hai Minh Duong).

Новый материал получил название ПЭТ-аэрогель, поскольку пластиковые бутылки изготавливают из полиэтилентерефталата, отмечают специалисты.

Суть предложенной ими технологии заключается в следующем. Сперва из полиэтилентерефталата создаются волокна, которые покрывают диоксидом кремния. В результате химической обработки волокна «распухают», после чего их необходимо высушить.

В результате получается гибкий, пористый и чрезвычайно лёгкий материл, который отличается прочностью и долговечностью. Он может служить хорошим теплоизолятором и обладает абсорбционными свойствами (то есть может поглощать другие вещества).

Благодаря новой методике из одной пластиковой бутылки можно получить лист ПЭТ-аэрогеля формата А4 (стандартный альбомный лист).

Примечательно, что свойства материала можно «регулировать», в зависимости от того, в какой сфере он будет применяться.

К примеру, когда аэрогель покрывали различными соединениями из класса метильных групп, он приобретал способность поглощать большое количество нефти и других маслянистых жидкостей.

«Наши эксперименты показали, что [аэрогели] работают в семь раз лучше, чем существующие коммерческие сорбенты, и подходят для очистки нефтяных разливов», — отметил один из ведущих авторов работы профессор Нян Фан-Тхьен (Nhan Phan-Thien).

Если же усилить материал аминогруппой, он превратится в фильтр, который захватывает пылевые частицы и углекислый газ. Причём поглощающая способность аэрогеля сравнима с материалами, из которых создаются противогазы. Это свойство пригодится для создания защитных масок, которые станут недорогой и менее громоздкой альтернативой, считают авторы разработки (прототип такой маски показан на фото ниже).

Другое перспективное направление – создание подкладок костюмов для пожарных и спасателей. При покрытии специальными огнезащитными химическими соединениями ПЭТ-аэрогели могут выдерживать температуру до 620 градусов Цельсия – в семь раз выше, чем выдерживает стандартная подкладка в костюме пожарного. А вес нового материала составляет всего 10% от веса классической термостойкой подкладки, говорят исследователи.

«Используя ПЭТ-аэрогели в качестве подкладочного материала, огнезащитные покрытия можно сделать намного легче, безопаснее и дешевле. Также можно изготавливать недорогие жаропрочные куртки для личного использования», — отметил Нян Фан-Тхьен. (Прототип такой куртки его команда уже продемонстрировала.)

Кроме того, мягкий и гибкий аэрогель обеспечит свободу движений и комфорт для работников, которые порой проводят в спецодежде много часов подряд.

Впрочем, и это ещё не всё, на что способен «пластиковый» аэрогель. Химики продолжают экспериментировать с настройками, чтобы создать материал, который будет улавливать токсичные газы, к примеру, монооксид углерода (угарный газ).

Авторы отмечают, что их разработки пригодятся не только спасателям. Подобные маски и одежду можно будет размещать рядом с огнетушителями в офисных и жилых зданиях, чтобы обеспечить безопасность людей в случае возгорания или взрыва газа.

«Маски, усиленные аминами, могут также приносить пользу людям, живущим в таких [урбанизированных] странах как Китай, где основные проблемы связаны с загрязнением воздуха и выбросами углерода. Производство таких масок простое, их можно сделать многоразовыми», — добавил Хай Минь Зыонг.

Он также уточнил, что технология изготовления новых материалов легко масштабируется для массового производства.

Исследователи уверены, что в будущем найдут ещё больше полезных приложений для нового аэрогеля. Сейчас они подали заявку на оформление патента и занимаются поиском компаний, которые помогут вывести технологию на рынок.

Статья с более подробным описанием инновационной разработки опубликована в журнале Colloids and Surfaces A.

Кстати, ранее та же научная группа получила экологически чистый аэрогель из хлопковых отходов. Аэрогели также создаются из металлов и графена.

Что же касается пластикового мусора, то ранее специалисты предлагали перерабатывать его в дизельное топливо и даже в солнцезащитные очки.

Также автора проекта «Вести.Наука» (nauka.vesti.ru) рассказывали о поиске альтернативных материалов, способных заменить пластик. К примеру, из молока инженеры изготовили съедобную упаковку для продуктов, а из водорослей – экологичные бутылки.