КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-73-00243
НазваниеЭнергоэффективная конверсия отходов полиэтилентерефталата в функциональный пористый углеродный наноматериал
Руководитель Васильев Андрей Александрович, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук , г Москва
Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов
Ключевые слова полиэтилентерефталат, переработка отходов, пиролиз, полимер, углеродный наноматериал, высокопористый углерод, суперконденсатор, адсорбент
Код ГРНТИ31.15.19
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на решение проблемы утилизации полиэтилентерефталата, одного из самых распространенных бытовых пластиков. Относительная инертность к природному воздействию, низкая разлагаемость полиэтилентерефталата в естественных условиях и увеличивающиеся объемы отходов делают вопросы его переработки в ценные продукты крайне актуальными как с экономической, так и с экологической точек зрения. Наиболее прогрессивным является переработка полимерных отходов во вторичное полимерное сырье. Однако, в связи с ухудшением физико-химических свойств вторичного сырья, изготовленные из него бутылки (основной источник отходов полиэтилентерефталата) нельзя использовать в контакте с продуктами питания, что ограничивает области их использования. Поэтому существующие методы переработки полиэтилентерефталата во вторичные продукты не могут обеспечить его полную утилизацию. В связи с этим, актуальным и своевременным является создание новых подходов к его полной утилизации. Учитывая ежегодное увеличение во всем мире отходов бытовых пластиков на основе полиэтилентерефталата, актуальным является создание простых, быстрых и экологичных способов его утилизации.
Научная значимость решения поставленной проблемы состоит в создании новых научных подходов к переработке полиэтилентерефталата путем его прямой (пиролиз под действием инфракрасного излучения) и непрямой (щелочной гидролиз растворенного в диметилсульфоксиде полиэтилентерефталата с последующей температурной обработкой под действием инфракрасного излучения) конверсии в ценный углеродный продукт, имеющий высокий потенциал практического использования.
Решение поставленной проблемы имеет высокую экономическую значимость, так как полученные в результате переработки полиэтилентерефталата востребованные продукты будут иметь добавленную стоимость. Кроме того, решение проблемы утилизации полиэтилентерефталата имеет высокую экологическую значимость для сохранения окружающей среды, учитывая ежегодное увеличение отходов бытовых пластиков на основе полиэтилентерефталата во всем мире.
Решаемая в проекте конкретная задача в рамках проблемы эффективной утилизации полиэтилентерефталата заключается в разработке научных подходов к прямой и непрямой конверсии полимера, включающей его пиролиз под действием инфракрасного излучения, в многофункциональный углеродный наноматериал. Будут предложены новые научные решения термической утилизации полиэтилентерефталата с помощью инфракрасного излучения для получения пористого углеродного продукта. Будет разработан метод прямой конверсии, заключающийся в пиролизе полиэтилентерефталата под действием инфракрасного излучения с последующей щелочной активацией углеродного остатка. Будет разработан метод непрямой конверсии, заключающийся в пиролизе под действием инфракрасного излучения соли терефталевой кислоты, полученной щелочным гидролизом полиэтилентерефталата, растворенного в диметилсульфоксиде. С использованием предложенных методов впервые будут получены пористые углеродные наноматериалы на основе полиэтилентерефталата с высокоразвитой поверхностью, превышающей 1300 м2/г.
Впервые будет показана эффективность инфракрасного излучения для термической обработки (пиролиза и карбонизации) бытового пластика, обеспечивающая снижение энергозатрат за счет увеличения скорости нагрева, сокращения времени термовоздействия до 2 мин и снижения температуры.
В рамках проекта будет исследовано влияние условий пиролиза под действием инфракрасного излучения на процессы разложения и карбонизации полиэтилентерефталата, выход углеродного остатка. Для оценки эффективности предложенных методов конверсии полиэтилентерефталата будет дан сравнительный анализ методов прямой термической конверсии полиэтилентерефталата с последующей активацией и непрямой конверсии, включающей стадию получения водорастворимого терефталата калия путем щелочного гидролиза растворенного в диметилсульфоксиде полиэтилентерефталата с последующим пиролизом под действием инфракрасного излучения для получения пористого углеродного наноматериала. Введение в раствор солей металлов позволит получать в одну стадию металл-углеродные нанокомпозиты с равномерным распределением металлических наночастиц в углеродном носителе на основе карбонизированного полиэтилентерефталата, которые могут быть использованы в качестве гетерогенных катализаторов различных химических реакций. Это дает хорошие перспективы для дальнейшего развития исследований после выполнения данного проекта.
Важным аспектом проекта является не только разработка способов утилизации полиэтилентерефталата, но и исследование функциональных свойств впервые полученных углеродных материалов на основе полэтилентерефталата. Будут установлены кристаллическая структура, морфология, пористость (объем пор и распределение по размерам, удельная площадь поверхности) углеродных наноматериалов в зависимости от условий получения. Для характеризации углеродных наноматериалов будут использованы современные методы исследований: ИК-, УФ-, Раман-спектроскопия, просвечивающая и сканирующая электронная микроскопия, БЭТ анализ, рентгеноструктурнаый анализ, CHN элементный анализ, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия. Будут исследованы адсорбционные свойства полученных углеродных наноматериалов по отношению к красителям в водной среде, их электропроводность и электрохимические свойства (удельная электрохимическая емкость, кулоновская эффективность и стабильность) в зависимости от условий получения.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ