23.03.2022
Ученые Уральского федерального университета и Уральского отделения РАН предложили экологичный способ ликвидации полихлорированных бифенилов. Это токсичные отходы производства, опасные для окружающей среды и здоровья человека (накапливаются в жировых тканях людей и животных). Новый двухэтапный подход безопасен и может быть реализован на базе уже существующих предприятий по утилизации. Описание методики и результаты экспериментов опубликованы в журнале Chemical Papers. Разработку поддержал РФФИ (проект № 18-29-24126).
Полихлорированные бифенилы (ПХБ) — это соединения, которые используются в топливно-энергетическом комплексе, машиностроении, пищевой и химической промышленности (трансформаторы, конденсаторы и проч.). ПХБ относятся ко второму классу опасности (высокоопасные), могут накапливаться в организме человека, вызывая онкологию, аллергию и сильное отравление вплоть до летального исхода.
Наиболее эффективным способом уничтожения ПХБ на сегодня является сжигание, однако для успешной ликвидации веществ необходимо соблюдать правило «трех Т»: высокая турбулентность, нахождение вещества в зоне реакции в течение двух-трех секунд и температура в зоне сжигания выше 2000 °С.
«Высокая температура необходима для избежания образования диоксинов и фуранов — кумулятивных ядов, образующихся из ПХБ при высоких, но недостаточных для полного сгорания, температурах. Создание печей с учетом всех требований предполагает наличие отдельных конструкторских мероприятий и высокотехнологичных мощностей», — поясняют ученые.
Уральские исследователи разработали двухэтапную методику ликвидации ПХБ. Технология выгодна тем, что не требует строительства специальных заводов с печами, способными поддерживать температуру не ниже 2000 °С. Применять ее можно на существующих заводах по утилизации отходов.
«Первым этапом утилизации является химическая функционализация — замена атомов хлора в исходных структурах ПХБ гидроксильной группой ОН. Именно хлор представляет опасность при сжигании, поэтому важно минимизировать его количество в составе вещества. Заменить все атомы хлора традиционными химическими методами, к сожалению, невозможно, но можно заменить несколько атомов на более нейтральные химические группы. Тогда при сгорании функционализированных ПХБ из ОН-групп будет образовываться только вода и безопасные для здоровья соединения», — говорит соавтор исследования, ведущий научный сотрудник лаборатории фторорганических соединений Института органического синтеза УрО РАН Татьяна Горбунова.
Решающим этапом схемы уничтожения является термическое разрушение. После функционализации процесс сгорания новых производных полихлорбифенилов идет эффективнее и при более низких температурах. Ученые выяснили, что для сжигания химически переработанных ПХБ достаточно температуры в 600−700 °С. Конечными продуктами термической деструкции являются минеральные вещества: вода, углекислый газ, соляная кислота, не представляющие прямой опасности для человека. Диоксины и фураны в конечных продуктах не образуются.
«Результаты наших экспериментов говорят, что гидроксипроизводные полихлорбифенилов можно сжигать на любом мусоросжигательном заводе. Например, в 2015 году в Ярославле был запущен завод по утилизации опасных отходов, основные технологии там представлены как раз термическими методами. Но в печах завода уничтожают только твердые отходы, загрязненные ПХБ: промасленные расходные материалы и загрязненный грунт. Ликвидировать жидкие технические смеси запрещено законодательством, ввиду опасности образования кумулятивных ядов. Поэтому мы предлагаем решить эту задачу путем комплексного подхода и обезвредить исходные опасные вещества. Кооперация научного потенциала нашей группы и мощностей мусоросжигательных заводов может стать оптимальным решением проблемы ликвидации жидких запасов ПХБ», — поясняет старший научный сотрудник научной лаборатории перспективных функциональных неорганических материалов УрФУ Татьяна Куликова.
Ученые отмечают, говорить о широком применении технологии пока рано. Вначале необходимо провести промышленную экологическую экспертизу.
Справка
Полихлорированные бифенилы обладают высокими теплофизическими и электроизоляционными характеристиками, термостойкостью и огнестойкостью, хорошей растворимостью в жирах, маслах и органических растворителях. Это способствовало их широкому применению в качестве диэлектриков в трансформаторах и конденсаторах, гидравлических жидкостей, теплоносителей и хладагентов, смазочных масел, компонентов красок, лаков, клеевых составов и др.
ПХБ являются одними из самых распространенных антропогенных загрязнителей и относятся к стойким органическим загрязнителям (СОЗ) — классу высокоопасных химических средств, представляющих серьезную угрозу здоровью человека и окружающей среде. Отличительными чертами СОЗ являются устойчивость к деградации, острая и хроническая токсичность, трансграничный перенос на большие расстояния по воздуху, воде либо с мигрирующими видами.
В 2001 году после серии международных переговоров в рамках Межправительственного комитета при Программе ООН по окружающей среде была принята Стокгольмская конвенция. Она предусматривает сокращение или устранение выбросов в результате преднамеренного производства и использования СОЗ, а также сокращение или ликвидацию выбросов в результате их непреднамеренного производства. Российская Федерация подписала Стокгольмскую конвенцию в 2002 году, ратифицировала в 2011-м (Федеральный закон от 27.06.2011 г. №164-ФЗ). Согласно Стокгольмской Конвенции о стойких органических загрязнителях СОЗ, к 2028 году страны-участники соглашения должны ликвидировать на своих территориях все запасы ПХБ.
Пресс-служба Уральского федерального университета
Нет комментариев