Стеклобой утеплит наш мир, если попадет в умные руки.
Как-то, приучая к порядку, отец сказал: «Грязь - это материя не на своем месте, возвращай вещи туда, откуда взяла, будешь убираться реже». А через пару десятилетий коллега из газеты «Социалистическая индустрия» написал статью «Вещи из второй половины» - о том, что сырью, шедшему при обработке древесины в отходы, нашли толковое применение. Эти истории вспомнились мне, когда Борис ГОЛЬЦМАН (на снимке), доцент кафедры «Общая химия и технология силикатов» Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) им. М.И.Платова рассказывал мне об одной из своих работ.
Борис Михайлович еще не вышел из категории «молодой ученый» и потому о химии говорит увлеченно. Дай волю, с упоением и подробностями сообщит, что общего между фарфоровой посудой и листом стекла, как из керамики можно делать броню и ракеты, импланты или линзы для очков виртуальной реальности. Но в этот раз тема была приземленной, касающейся получения материалов для разного строительства. Проект в свое время поддержал Российский научный фонд (грант №21-79-00004), и уже одно это свидетельствовало, что в основе его нетривиальная идея. Работа «Исследование процессов структурообразования пористых стекломатериалов, инкорпорированных углеродной нанофазой» перспективна тем, что позволит превратить в полезный новый продукт то, что мы выкидываем в мусор. Речь о битом стекле, посуде и бутылках, кои народ давно перестал сдавать за малую денежку. Поговорки типа «Пил, пил, сдал - машину купил» нынешнюю молодежь не веселят. Зато теперь, оказывается, из стеклобоя можно получать самый перспективный сегодня теплоизоляционный материал - пеностекло.
– Потому что у него комплекс свойств такой, какого нет больше ни у одного другого материала, - объясняет Борис Михайлович. - Только не путайте с вспененными полимерами - пенополистиролом или пенополиуретаном. Пожар в ночном клубе «Хромая лошадь» - известный пример беды с этими материалами. Большинство людей погибло там не от огня, а от того, что надышалось гадостью, которая образуется при горении полимеров. У них было химическое отравление. А другой вариант - минеральная и стекловата - сильно впитывает воду и теряет теплоизоляционные свойства.
– Наше пеностекло, во-первых, чистое на 99,9%, - продолжает ученый, - не реагирует вообще ни с чем, ничего не выделяет. Ну, и долговечность у него такая же, как у стеклянной бутылки, - может стоять тысячелетие. Из пеностекла реально делать плиты, блоки, фасонные изделия (полукруглую опалубку для труб, например), щебень. Гранулы пеностекла похожи по свойствам на керамзит, а керамзитом засыпают фундаменты, используют как дренирующий слой в садоводстве, дорожном строительстве, например, автомобильных развязок. Можно сооружать объекты для работы на воде - материал экологически и гигиенически безопасный, легкий, не тонет, годится для понтонных переправ. И при этом функционирует как при абсолютном нуле, так и при температуре до 500 градусов Цельсия. С ним ничего не происходит даже при воздействии пара. Плюс устойчив ко всем обычно применяемым кислотам и их парам, не подвержен поражению бактериями и грибками, непроходим для грызунов. Подобного сочетания свойств нет ни у одного из теплоизоляционных материалов. А делать материал можно из некондиционные отходов.
– Прямо из боя стеклотары?
– В первую очередь. Когда-то же у нас наладят раздельный сбор мусора. Сортированное, конечно, можно снова в переплавку, а вот всякие осколки разноцветные надо пускать на изготовление пеностекла.
– И как его получить?
– Надо в обычный порошок стекла добавить то, что будет гореть: уголь, органика, например, глицерин. Если мы нагреем эту смесь, добавка, сгорая, даст пузырьки газа, которые вспенят стекло. Мы, кстати, пробовали уксус, сахар, крахмал - они в целом тоже подходят. Можно как аналоги использовать отходы пищевых производств, например, растительных масел.
– А золошлаковые отходы, из которых терриконы состоят?
– Их как раз можно задействовать как основное сырье для получения пеностекла, мы с ним по другому гранту РНФ работаем. Вполне успешно.
– То есть хотите навести порядок в нашем общем доме?
– Хотим, ведь золошлаков накоплено миллионы тонн. Но с их использованием есть проблема: из-за своего химического состава они очень трудно плавятся. И как раз этот новый грант №23-79-01004 посвящен поиску добавок, которые бы упростили процессы плавления и вспенивания такого тугоплавкого сырья.
А в этой работе мы изучали химию формирования структуры пеностекла. Задача - из несортового стеклобоя получить уникальный материал. Для этого нужно при нагревании стекла снижать вязкость постепенно, без резкого расплавления. Если в порошок стекла добавить сырье, которое при нагревании образует газ, то нагреваемое стекло перейдет из твердого состояния в пластичное, а газ, раздувая вязкую массу, создаст в ней поры. Резкое охлаждение повысит вязкость стекла и зафиксирует полученную пористость.
– Обычно порообразователи - мел, известняк, доломит, сажа, антрацит, графит. Сложность работы с ними в том, что необходимо ультратонкое измельчение частиц, а это энергозатратно, дорого. Мы сконцентрировали внимание на органических жидкостях, которые распределяются равномерно в порошке стекла в виде тонких пленок, что в результате дает качественное порообразование. На крупных предприятиях по производству пеностекла в качестве такой жидкости используют глицерин, - рассказывает Борис Михайлович. - Однако до настоящего времени никто не рассматривал физико-химические процессы разложения порообразователя и его взаимодействия с другими компонентами сырьевой смеси. Эти исследования и были целью нашего гранта. А главный итог работы - создание модели, которая описывает все процессы, происходящие внутри трехкомпонентной смеси: стекло, глицерин, стабилизатор вспенивания (силикат натрия). Оказалось, что процессы происходят не только между стеклом и глицерином, но и внутри самой порообразующей смеси.
То есть мы выяснили, что стекло использовать можно любое, хоть некондиционные отходы. Главное - чтобы компонента, обеспечивающего вспенивание стекла, было не менее 0,3%. Чуть-чуть. Годятся как порообразователь технический глицерин, его побочные продукты и другие дешевые аналоги. То есть мы выяснили, что отечественные производства могут стать более конкурентоспособными за счет повышения качества изделий из пеностекла: можно регулировать скорость и интенсивность физико-химических процессов и оптимизировать состав сырьевой смеси.
В итоге выполнения проекта мы опубликовали ряд научных статей, в том числе в высокорейтинговом журнале Journal of Cleaner Production, который входит в международный ТОП-10 журналов по направлению «Экология» (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652623031529), защитили две магистерские диссертации и одну на соискание ученой степени кандидата технических наук.
– А кто у вас в соратниках? Тоже, как вы, молодежь?
– Именно этот грант небольшой, рассчитанный на одного ученого, который может взять в помощь одного-двух студентов или аспирантов. Мне это не понадобилось. Ну, а вообще я старший научный сотрудник лаборатории «Рециклинг отходов топливной энергетики», где наш коллектив под руководством доктора технических наук, профессора Елены Альфредовны Яценко работает в разных направлениях. Например, трудимся над получением строительных и специальных материалов на основе отходов добычи и сжигания угля, нефти, бытового мусора. В наши дни молодежная наука активно поддерживается государством в виде различных стипендий и грантов. Поэтому подавляющая часть коллектива - молодежь, в основном аспиранты и ученые в возрасте до 39 лет.
Елизавета ПОНАРИНА
Фото предоставлено пресс-службой ЮРГПУ (НПИ)
